KR20140060324A - Lithium ion battery - Google Patents

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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

스피넬 캐소드, 및 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트 용매를 포함하는 비수성 전해질을 갖는 리튬 이온 배터리가 기술된다. 상기 리튬 이온 배터리는 고전압 (즉, 최대 약 5 V)에서 작동하며 고온에서 개선된 사이클링 성능을 갖는다.A lithium ion battery having a spinel cathode and a non-aqueous electrolyte comprising a fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or a fluorinated non-cyclic carbonate solvent is described. The lithium ion battery operates at a high voltage (i.e., up to about 5 V) and has improved cycling performance at high temperatures.

Description

리튬 이온 배터리 {LITHIUM ION BATTERY}Lithium ion battery {LITHIUM ION BATTERY}

본 출원은 2011년 9월 2일자로 출원된 미국 가출원 제61/530,545호, 및 2012년 6월 1일자로 출원된 미국 가출원 제61/654,184호로부터 35 U.S.C. §119(e) 하에서 우선권을 주장하고 그 이득을 주장하며, 이들 각각은 모든 면에서 본 출원의 일부로서 전체적으로 참고로 포함된다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Application No. 61 / 530,545, filed September 2, 2011, and U.S. Provisional Application No. 61 / 654,184, filed June 1, 2012, Claiming priority under §119 (e), each of which is incorporated in its entirety by reference in its entirety as part of this application.

본 발명은 리튬 이온 배터리 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 스피넬(spinel) 캐소드 및 비수성 전해질을 포함하는 리튬 이온 배터리에 관한 것이다.The present invention relates to the field of lithium ion batteries. More specifically, the present invention relates to a lithium ion battery comprising a spinel cathode and a non-aqueous electrolyte.

리튬 이온 배터리가 하이브리드 전기 차량(HEV) 및 플러그-인 하이브리드 전기 차량(PHEV) 응용을 위해 집중적으로 추구되고 있다. 4 V 스피넬 LiMn2O4 및 3.4 V 올리빈(olivine) LiFePO4 캐소드 둘 모두가 이와 관련하여 많은 주목을 끌어왔는데, Mn 및 Fe는 저가이며 환경적으로 무해하기 때문이다. 추가적으로, 이들 캐소드는 층상 산화물 캐소드와 비교하여 더 높은 속도 능력(rate capability) 및 더 우수한 안전성(safety)을 제공한다. 그러나, LiMn2O4 캐소드 및 LiFePO4 캐소드 둘 모두는 그들의 낮은 용량(capacity) 또는 작동 전압(operating voltage)으로 인해 제한된 에너지 밀도를 갖는다. 에너지 및 출력 밀도를 개선하는 한 가지 방법은 작동 전압을 증가시키는 것이다. 이와 관련하여, 5 V 스피넬 캐소드 LiMn1.5Ni0.5O4가, 5 V에 가까운 거의 평탄한 작동 전압 그리고 Ni2+/3+ 및 Ni3+/4+ 산화환원 쌍(redox couple)의 작용에 기인한 허용가능한 용량으로 인해 많은 주목을 끌어왔다.Lithium-ion batteries have been intensively pursued for hybrid electric vehicle (HEV) and plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) applications. Both 4 V spinel LiMn 2 O 4 and 3.4 V olivine LiFePO 4 cathodes have attracted much attention in this regard because Mn and Fe are inexpensive and environmentally harmless. Additionally, these cathodes provide higher rate capability and better safety as compared to layered oxide cathodes. However, both the LiMn 2 O 4 cathode and the LiFePO 4 cathode have a limited energy density due to their low capacity or operating voltage. One way to improve energy and power density is to increase the operating voltage. In this regard, the 5 V spinel cathode LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 has an almost planar operating voltage close to 5 V and a low operating voltage due to the action of Ni 2 + / 3 + and Ni 3 + / 4 + redox couple It has attracted much attention due to its acceptable capacity.

그러나, LiMn1.5Ni0.5O4 캐소드는 통상적인 카르보네이트 전해질에서의 차선적인 사이클링 성능(cycling performance)을 그 특징으로 할 수 있으며, 이는 충전-방전 과정 동안 격자 파라미터 차이가 큰 3개의 입방상(cubic phase)의 형성을 수반하는, 사이클링 동안의 큰 격자 변형(lattice strain)으로 인한 것일 수 있다. 차선적인 사이클링 성능에 기여하는 다른 것에는 LixNi1-xO 불순물, 및 대략 5 V의 높은 작동 전압에서 캐소드 표면과 카르보네이트 전해질 사이의 부식 반응이 포함될 수 있다.However, the LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 cathode can be characterized by a sub-cycling performance in conventional carbonate electrolytes, which is due to the fact that during the charge-discharge process three cubic ( the lattice strain during cycling involving the formation of a cubic phase. Other contributors to sub-cycling performance include Li x Ni 1-x O impurities, and a corrosion reaction between the cathode surface and the carbonate electrolyte at high operating voltages of approximately 5 V.

미국 특허 제6,337,158호 (나카지마(Nakajima)) 및 문헌[Liu et al, J. Phys. Chem. C 13:15073-15079, 2009]에서 논의된 바와 같이, 사이클 특성(cyclability)을 개선하기 위해 LiMn1.5Ni0.5O4 내의 Mn 및 Ni를 Li, Al, Mg, Ti, Cr, Fe, Co, Cu, Zn 및 Mo와 같은 다른 원소로 부분적으로 치환하는 것이 추구되어 왔다. 부분적인 양이온 치환에 의해 실온에서는 통상적인 카르보네이트 전해질에서의 사이클링 성능 개선이 달성될 수 있지만, 전통적인 카르보네이트 전해질의 본질적인 불안정성 및 승온에서 가속되는 분해 반응으로 인해 고온 사이클링 성능은 여전히 문제로 남아있다.U.S. Patent No. 6,337,158 (Nakajima) and Liu et al , J. Phys. Chem . C 13: 15073-15079, 2009] to, Mn and Ni in the LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 in order to improve the cycle characteristics (cyclability), as discussed Li, Al, Mg, Ti, Cr, Fe, Co, Cu in , Zn and Mo have been sought. Cyclic performance improvements in conventional carbonate electrolytes can be achieved at room temperature by partial cation substitution, but high temperature cycling performance remains a problem due to inherent instability of conventional carbonate electrolytes and degradation reactions that accelerate at elevated temperatures have.

미국 특허 출원 공개 제2010/0035162호 (치가(Chiga))는 화학식 CH3COOCH2CH3-xFx (여기서, x는 2 또는 3임)에 의해 나타내어지는 사슬 플루오르화된 카르복실산 에스테르 및 금속 리튬과 리튬 이온 사이의 평형 전위를 기준으로 +1.0 내지 3.0 V 범위에서 분해되는 필름-형성 화학제를 포함하는, 이차 배터리에 사용하기 위한 비수성 전해질을 기술하였다. 이러한 전해질은, 다양한 실시 형태에서, 4.2 V의 충전 컷오프 전압(charge cut-off voltage)을 갖는 리튬-전이 금속 산화물 캐소드가 제공되는 이차 배터리에 사용되었다.U.S. Patent Application Publication No. 2010/0035162 (Chiga) discloses a chain fluorinated carboxylic acid ester represented by the formula CH 3 COOCH 2 CH 3 -x F x , wherein x is 2 or 3, and A non-aqueous electrolyte for use in a secondary battery comprising a film-forming chemical that decomposes in the range of +1.0 to 3.0 V based on the equilibrium potential between metal lithium and lithium ion. This electrolyte was used in a secondary battery in which, in various embodiments, a lithium-transition metal oxide cathode with a charge cut-off voltage of 4.2 V was provided.

상기한 바와 같은 본 기술 분야에서의 노력에도 불구하고, 고전압(즉, 최대 약 5 V)에서 작동하며 고온에서 개선된 사이클링 성능을 갖는 리튬 이온 배터리에 대한 요구가 여전히 남아있다.Despite efforts in the art as described above, there remains a need for a lithium ion battery that operates at a high voltage (i.e., up to about 5 V) and has improved cycling performance at high temperatures.

일 실시 형태에서,In one embodiment,

(a) 하우징;(a) a housing;

(b) 하우징 내에 배치되며 서로 전도성 접촉하는 애노드 및 캐소드 - 여기서, 상기 캐소드는 스피넬 구조를 갖는 리튬-함유 망간 복합 산화물을 활물질로서 포함하는 망간 캐소드이고, 상기 리튬-함유 망간 복합 산화물은 화학식:(b) an anode and a cathode disposed in the housing and in conductive contact with each other, wherein the cathode is a manganese cathode comprising a lithium-containing manganese composite oxide having a spinel structure as an active material, the lithium-

LizMn1.5NixMyO4-d Li z Mn 1.5 Ni x M y O 4-d

(여기서, M은 Al, Cr, Fe, Ga, Zn, Co, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, V 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속이고, 0.38 ≤ x < 0.5이고, 0 < y ≤ 0.12이고, 0 ≤ d ≤ 0.3이고, 0.00 < z ≤ 1.1이며, z는 충전 및 방전 동안 리튬 이온 및 전자의 방출 및 흡수에 따라 변화함)에 의해 나타내어짐 - ;Wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Ga, Zn, Co, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, V and Cu, < y < = 0.12, 0 < = d &lt; = 0.3, 0.00 &lt; z &lt; = 1.1 and z varies with discharge and absorption of lithium ions and electrons during charging and discharging;

(c) 하우징 내에 배치되며 애노드와 캐소드 사이의 이온 전도 경로를 제공하는 비수성 전해질 조성물 - 여기서, 상기 비수성 전해질 조성물은 적어도 하나의 전해질 염 및 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르보네이트를 포함함 - ; 및(c) a non-aqueous electrolyte composition disposed within the housing and providing an ionic conduction path between the anode and the cathode, wherein the non-aqueous electrolyte composition comprises at least one electrolyte salt and at least one fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / Or at least one fluorinated acyclic carbonate; And

(d) 애노드와 캐소드 사이의 다공성 분리막(separator)을 포함하는 리튬 이온 배터리가 본 명세서에서 제공된다.(d) a lithium ion battery comprising a porous separator between the anode and the cathode is provided herein.

다른 실시 형태에서,In another embodiment,

(a) 하우징;(a) a housing;

(b) 하우징 내에 배치되며 서로 전도성 접촉하는 애노드 및 캐소드 - 여기서, 상기 캐소드는 스피넬 구조를 갖는 리튬-함유 망간 복합 산화물을 활물질로서 포함하는 망간 캐소드이고, 상기 리튬-함유 망간 복합 산화물은 화학식:(b) an anode and a cathode disposed in the housing and in conductive contact with each other, wherein the cathode is a manganese cathode comprising a lithium-containing manganese composite oxide having a spinel structure as an active material, the lithium-

[화학식 IB](IB)

LizNixMyMn2-x-yO4-d Li z Ni x M y Mn 2-xy O 4-d

(여기서, z는 0.03 내지 1.0이며; z는 는 충전 및 방전 동안 리튬 이온 및 전자의 방출 및 흡수에 따라 변화하고; x는 0.3 내지 0.6이고; M은 Cr, Fe, Co, Li, Al, Ga, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, Zn, V, 및 Cu 중 하나 이상을 포함하고; y는0.01 내지 0.18이고, d는 0 내지 0.3임)에 의해 나타내어짐 - ;(Where z is 0.03 to 1.0; z varies depending on the release and absorption of lithium ions and electrons during charging and discharging; x is 0.3 to 0.6; M is Cr, Fe, Co, Li, Al, Ga , Y is from 0.01 to 0.18, and d is from 0 to 0.3; and wherein the composition comprises at least one of Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, Zn, V, and Cu;

(c) 하우징 내에 배치되며 애노드와 캐소드 사이의 이온 전도 경로를 제공하는 비수성 전해질 조성물 - 여기서, 상기 비수성 전해질 조성물은 적어도 하나의 전해질 염 및 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르보네이트를 포함함 - ; 및(c) a non-aqueous electrolyte composition disposed within the housing and providing an ionic conduction path between the anode and the cathode, wherein the non-aqueous electrolyte composition comprises at least one electrolyte salt and at least one fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / Or at least one fluorinated acyclic carbonate; And

(d) 애노드와 캐소드 사이의 다공성 분리막을 포함하는 리튬 이온 배터리가 본 명세서에서 제공된다.(d) A lithium ion battery including a porous separator between the anode and the cathode is provided herein.

추가의 대안적인 실시 형태에서,In a further alternative embodiment,

(a) 하우징;(a) a housing;

(b) 하우징 내에 배치되며 서로 전도성 접촉하는 애노드 및 캐소드 - 여기서, 상기 캐소드는 스피넬 구조를 갖는 리튬-함유 망간 복합 산화물을 활물질로서 포함하고, 상기 리튬-함유 망간 복합 산화물은 화학식:(b) an anode and a cathode disposed in the housing and in conductive contact with each other, wherein the cathode comprises a lithium-containing manganese composite oxide having a spinel structure as an active material, and the lithium-

Li Mn1.5NixMyO4 Li Mn 1.5 Ni x M y O 4

(여기서, M은 Al, Cr, Fe, Ga 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속이고, 0.4 ≤ x <0.5이고, 0<y ≤ 0.1임)에 의해 나타내어짐 - ;(Where M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Ga and Zn, 0.4? X <0.5 and 0 <y? 0.1);

(c) 하우징 내에 배치되며 애노드와 캐소드 사이의 이온 전도 경로를 제공하는 비수성 전해질 조성물 - 여기서, 상기 비수성 전해질 조성물은 적어도 하나의 전해질 염 및 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르보네이트를 포함함 - ; 및(c) a non-aqueous electrolyte composition disposed within the housing and providing an ionic conduction path between the anode and the cathode, wherein the non-aqueous electrolyte composition comprises at least one electrolyte salt and at least one fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / Or at least one fluorinated acyclic carbonate; And

(d) 애노드와 캐소드 사이의 다공성 분리막을 포함하는 리튬 이온 배터리가 본 명세서에서 제공된다.(d) A lithium ion battery including a porous separator between the anode and the cathode is provided herein.

또 다른 대안적인 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르는 하기 구조식:In another alternative embodiment, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester has the structure:

R1---C(O)O---R2 R 1 - C (O) O - R 2

(여기서, R1은 CH3,CH2CH3,CH2CH2CH3, CH(CH3)2, CF3 CF2H, CFH2, CF2R3, CFHR3, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 독립적으로 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, R3은, 선택적으로 적어도 하나의 불소로 치환된, C1 내지 C3 알킬 기이고, Rf는 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고, 추가로, R1 또는 R2 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불소를 함유하며, R1이 CF2H인 경우에, R2는 CH3이 아님)에 의해 나타내어질 수 있고/있거나,(Wherein, R 1 is CH 3, CH 2 CH 3, CH 2 CH 2 CH 3, CH (CH 3) 2, CF 3 CF 2 H, CFH 2, CF 2 R 3, CFHR 3, and CH 2 R f And R 2 is independently selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , and CH 2 R f , and R 3 is selected from the group consisting of A C 1 to C 3 alkyl group optionally substituted with at least one fluorine, R f is a C 1 to C 3 alkyl group substituted with at least one fluorine, and further, at least one of R 1 or R 2 is contains at least one fluorine, R 1 is when the CF 2 H, R 2 can be represented by not a CH 3), and / or,

플루오르화된 비환형 카르보네이트는 하기 구조식:The fluorinated acyclic carbonates have the following structural formula:

R4---O-C(O)O---R5 R 4 - OC (O) O - R 5

(여기서, R4 및 R5는 독립적으로 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rf는 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고, 추가로, R4 또는 R5 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불소를 함유함)에 의해 나타내어질 수 있다.(Wherein, R 4 and R 5 are independently CH 3, CH 2 CH 3, CH 2 CH 2 CH 3, CH (CH 3) is selected from 2, and CH 2, the group consisting of R f, R f is at least one by a fluorine in the C 1 to C 3 alkyl group substituted by, further, R 4 or at least one of R 5 can be represented by the box containing at least one fluorine).

본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 전술한 바와 같은 리튬 이온 배터리를 포함하는 전자 급전 또는 보조 장치(electronically powered or assisted device)가 개시된다.In yet another embodiment of the present invention, an electronically powered or assisted device comprising a lithium ion battery as described above is disclosed.

<도 1 내지 도 11>
도 1 내지 도 11은 각각 실시예 1 내지 실시예 11에서 진행된 실험의 결과를 그래프 형태로 나타낸다.
<Figs. 1 to 11>
FIGS. 1 to 11 show the results of the experiments conducted in Examples 1 to 11 in a graph form.

방전 동안에는 애노드로부터 캐소드로, 그리고 충전 동안에는 캐소드로부터 애노드로 리튬 이온이 이동하는 재충전가능한 배터리의 유형인 리튬 이온 배터리가 본 명세서에서 개시된다. 본 명세서에 개시된 리튬 이온 배터리는, 하우징; 하우징 내에 배치되며 서로 전도성 접촉하는 애노드 및 캐소드; 애노드와 캐소드 사이의 이온 전도 경로를 제공하는 비수성 전해질 조성물; 및 애노드와 캐소드 사이의 다공성 분리막을 포함한다. 본 명세서에 개시된 리튬 이온 배터리는 고전압(즉, Li|Li+ 기준 전극에 대해 최대 약 5 V)에서의 캐소드를 가지고 작동할 수 있으며, 따라서 이러한 유형의 배터리는 일부 경우에 "고전압" 리튬 이온 배터리로 지칭될 수 있다. 이것은 다른 통상적인 리튬 이온 배터리와 비교하여 고온에서 개선된 사이클링 성능을 갖는다.A lithium ion battery, which is a type of rechargeable battery in which lithium ions migrate from the anode to the cathode during discharging and from the cathode to the anode during charging, is disclosed herein. The lithium ion battery disclosed in this specification includes a housing; An anode and a cathode disposed in the housing and in conductive contact with each other; A non-aqueous electrolyte composition providing an ion conduction path between the anode and the cathode; And a porous separator between the anode and the cathode. The lithium ion battery described herein can operate with a cathode at a high voltage (i.e., up to about 5 V for a Li | Li + reference electrode), so this type of battery is in some cases a "high voltage"Lt; / RTI &gt; This has improved cycling performance at high temperatures compared to other conventional lithium ion batteries.

본 발명의 리튬 이온 배터리는, 방전 동안 환원이 일어나는, 전기화학 전지의 전극인 캐소드를 포함한다. 갈바니 전지, 예를 들어, 배터리에서, 캐소드는 더욱 양으로 하전된 전극이다. 본 발명의 리튬 이온 배터리에서 캐소드는 스피넬 구조를 갖는 리튬-함유 망간 복합 산화물을 캐소드 활물질로서 포함하는 망간 캐소드이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은 캐소드 내의 리튬-함유 망간 복합 산화물은 화학식:The lithium ion battery of the present invention includes a cathode which is an electrode of an electrochemical cell where reduction occurs during discharge. In a galvanic cell, for example a battery, the cathode is a more positively charged electrode. In the lithium ion battery of the present invention, the cathode is a manganese cathode including a lithium-containing manganese composite oxide having a spinel structure as a cathode active material. The lithium-containing manganese composite oxide in the cathode as used herein has the formula:

[화학식 IA] &Lt; RTI ID = 0.0 &

LizMn1.5NixMyO4-d Li z Mn 1.5 Ni x M y O 4-d

(여기서, M은 Al, Cr, Fe, Ga, Zn, Co, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, V 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속이고, 0.38 ≤ x < 0.5이고, 0 < y ≤ 0.12이고, 0 ≤ d ≤ 0.3이고, 0.00 < z ≤ 1.1이며, z는 충전 및 방전 동안 리튬 이온 및 전자의 방출 및 흡수에 따라 변화함)에 의해 나타내어진다.Wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Ga, Zn, Co, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, V and Cu, <y? 0.12, 0? d? 0.3, 0.00 <z? 1.1, and z varies depending on the release and absorption of lithium ions and electrons during charging and discharging.

일 실시 형태에서, 상기 화학식에서의 M은 Fe이고; 다른 실시 형태에서, 상기 화학식에서의 M은 Ga이고; 다른 실시 형태에서, 상기 화학식에서의 M은 Fe 및 Ga이다.In one embodiment, M in the above formula is Fe; In another embodiment, M in the above formula is Ga; In another embodiment, M in the above formula is Fe and Ga.

본 발명의 다양한 실시 형태에서, x 및 y의 값은: x=0.38/y=0.12, x=0.39/y=0.11, x=0.40/y=0.1, x=0.41/y=0.09, x=0.42/y=0.08, x=0.43/y=0.07, x=0.44/y=0.06, x=0.45/y=0.05, x=0.46/y=0.04, x=0.47/y=0.03, x=0.48/y=0.02, x=0.49/y=0.01로 이루어진 쌍의 군의 구성원 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다.In various embodiments of the invention, the values of x and y are: x = 0.38 / y = 0.12, x = 0.39 / y = 0.11, x = 0.40 / y = 0.1, x = 0.41 / y = 0.09, y = 0.08, x = 0.43 / y = 0.07, x = 0.44 / y = 0.06, x = 0.45 / y = 0.05, x = 0.46 / y = 0.04, x = 0.47 / y = 0.03, x = 0.48 / y = 0.02, x = 0.49 / y = 0.01.

일 실시 형태에서, z는 0.03 ≤ z ≤ 1.1에 의해 주어지는 값을 갖는다. 다른 실시 형태에서, z는 0.03 ≤ z ≤ 1.0에 의해 주어지는 값을 갖는다.In one embodiment, z has a value given by 0.03? Z? 1.1. In another embodiment, z has a value given by 0.03? Z? 1.0.

일 실시 형태에서, 상기 화학식에서의 M은 Al, Cr, Fe, Ga 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속이고, 0.4 ≤ x < 0.5이고, 0 < y ≤ 0.1이고, z = 1이고 d = 0이다.In one embodiment, M in the formula is at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Ga and Zn, 0.4? X <0.5, 0 <y? 0.1, z = 1 d = 0.

상기에 기술된 리튬 캐소드 물질은 화합물 내의 M 성분의 존재에 의해 안정화되는 것으로 여겨진다. 다른 시스템에 의해 안정화되는 망간 캐소드는, 미국 특허 제7,303,840호에 기술된 바와 같이, 망간-함유 스피넬 성분 및 리튬 풍부 층상 구조물을 함유하는 스피넬-층상 복합재를 또한 포함할 수 있다.It is believed that the lithium cathode material described above is stabilized by the presence of the M component in the compound. The manganese cathode stabilized by another system may also comprise a spinel-layered composite containing a manganese-containing spinel component and a lithium-rich layered structure, as described in U.S. Patent No. 7,303,840.

대안적인 실시 형태에서, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 캐소드 내의 리튬-함유 망간 복합 산화물은 화학식:In an alternative embodiment, the lithium-containing manganese composite oxide in the cathode as used herein has the formula:

[화학식 IB](IB)

LizNixMyMn2-x-yO4-d Li z Ni x M y Mn 2-xy O 4-d

(여기서, z는 0.03 내지 1.0이며; z는 충전 및 방전 동안 리튬 이온 및 전자의 방출 및 흡수에 따라 변화하고; x는 0.3 내지 0.6이고; M은 Cr, Fe, Co, Li, Al, Ga, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, Zn, V, 및 Cu 중 하나 이상을 포함하고; y는0.01 내지 0.18이고, d는 0 내지 0.3임)의 산화물을 포함한다. 일 실시 형태에 있어서, 상기 화학식에서, x는 0.38 내지 0.48이고, y는 0.03 내지 0.12이고, d는 0 내지 0.1이다. 일 실시 형태에 있어서, 상기 화학식에서, M은 Li, Cr, Fe, Co, 및 Ga 중 하나 이상이다.Z is from 0.03 to 1.0, z varies with discharge and absorption of lithium ions and electrons during charging and discharging, x is from 0.3 to 0.6, M is Cr, Fe, Co, Li, Al, Ga, Y is from 0.01 to 0.18, and d is from 0 to 0.3). &Lt; / RTI &gt; In one embodiment, in the above formula, x is 0.38 to 0.48, y is 0.03 to 0.12, and d is 0 to 0.1. In one embodiment, M is at least one of Li, Cr, Fe, Co, and Ga.

본 명세서에 기술되고 사용되는 바와 같은 캐소드 활물질은 리우(Liu) 등 (문헌[J. Phys. Chem. C 13:15073-15079, 2009])에 의해 기술된 수산화물 전구체 방법과 같은 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 그러한 방법에서는, KOH를 첨가하여, 요구되는 양의 망간, 니켈 및 기타 요구되는 금속(들) 아세테이트를 함유하는 용액으로부터 수산화물 전구체를 침전시킨다. 생성된 침전물을 오븐 건조한 다음, 본 발명의 실시예에 상세하게 기술된 바와 같이, 3 내지 24시간 동안 산소 중에 약 800 내지 약 950℃에서, 요구되는 양의 LiOH·H20와 함께 소성한다. 대안적으로, 캐소드 활물질은 미국 특허 제5,738,957호 (아민(Amine))에 기술된 바와 같은 졸-겔 공정 또는 고체상 반응 공정을 사용하여 제조될 수 있다.The cathode active material as described and used herein may be prepared by methods such as the hydroxide precursor method described by Liu et al . ( J. Phys. Chem . C 13: 15073-15079, 2009) . In such a process, KOH is added to precipitate the hydroxide precursor from a solution containing the required amount of manganese, nickel and other required metal (s) acetate. The resulting precipitate was oven dried, as described in detail in embodiments of the present invention described, in about 800 to about 950 ℃ in oxygen for 3 to 24 hours, and baked together with the amount of LiOH · H 2 0 is required. Alternatively, the cathode active material may be prepared using a sol-gel process or a solid phase reaction process as described in U.S. Patent No. 5,738,957 (Amine).

캐소드 활물질이 함유된 캐소드는, N-메틸피롤리돈과 같은 적합한 용매 중에서 유효량의 캐소드 활물질 (예를 들어, 약 70 중량% 내지 약 97 중량%), 폴리비닐리덴 다이플루오라이드와 같은 중합체 결합제, 및 전도성 카본을 혼합하여 페이스트를 생성하고, 이어서, 페이스트를 알루미늄 포일과 같은 집전체(current collector) 상에 코팅하고, 건조하여 캐소드를 형성하는 것과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.The cathode containing the cathode active material can be produced by reacting an effective amount of a cathode active material (for example, about 70 wt% to about 97 wt%), a polymeric binder such as polyvinylidene difluoride in a suitable solvent such as N-methylpyrrolidone, And conductive carbon to form a paste, and then coating the paste on a current collector such as an aluminum foil and drying to form the cathode.

본 발명의 리튬 이온 배터리는, 방전 동안 산화가 일어나는, 전기화학 전지의 전극인 애노드를 추가로 포함한다. 갈바니 전지, 예를 들어, 배터리에서, 애노드는 더욱 음으로 하전된 전극이다. 애노드는 애노드 활물질을 함유하는데, 이는 리튬 이온을 저장 및 방출하는 것이 가능한 임의의 물질일 수 있다. 적합한 애노드 활물질의 예에는, 제한 없이, 리튬 합금, 예를 들어, 리튬-알루미늄 합금, 리튬-납 합금, 리튬-규소 합금, 리튬-주석 합금 등; 탄소 물질, 예를 들어, 흑연 및 메소카본 마이크로비드 (MCMB); 인-함유 물질, 예를 들어, 흑린, MnP4 및 CoP3; 금속 산화물, 예를 들어, SnO2, SnO 및 TiO2; 및 리튬 티타네이트, 예를 들어, Li4Ti5O12 및 LiTi2O4가 포함된다. 일 실시 형태에서, 애노드 활물질은 리튬 티타네이트 또는 흑연이다.The lithium ion battery of the present invention further includes an anode which is an electrode of an electrochemical cell where oxidation occurs during discharging. In a galvanic cell, for example a battery, the anode is a more negatively charged electrode. The anode contains an anode active material, which may be any material capable of storing and releasing lithium ions. Examples of suitable anode active materials include, without limitation, lithium alloys, such as lithium-aluminum alloys, lithium-lead alloys, lithium-silicon alloys, lithium-tin alloys, and the like; Carbon materials such as graphite and mesocarbon microbeads (MCMB); Phosphorus-containing materials such as black phosphorus, MnP 4 and CoP 3 ; Metal oxides, e.g., SnO 2, SnO 2 and TiO; And lithium titanates such as Li 4 Ti 5 O 12 and LiTi 2 O 4 . In one embodiment, the anode active material is lithium titanate or graphite.

애노드는 캐소드에 대해 상기한 것과 유사한 방법에 의해 제조될 수 있는데, 이러한 방법에서는, 예를 들어, 비닐 플루오라이드계 공중합체와 같은 결합제를 유기 용매 또는 물에 용해하거나 분산시키고, 이어서 전도성 활물질과 함께 혼합하여 페이스트를 얻는다. 페이스트를 집전체로서 사용될 금속 포일, 바람직하게는 알루미늄 또는 구리 포일 상에 코팅한다. 바람직하게는 열을 사용하여, 페이스트를 건조하여 활물질을 집전체에 접합시킨다. 적합한 애노드 활물질 및 애노드는 엔이아이 인크.(NEI Inc.; 미국 뉴저지주 서머셋 소재) 및 파라시스 에너지 인크.(Farasis Energy Inc.; 미국 캘리포니아주 헤이워드 소재)와 같은 회사로부터 구매가능하다.The anode can be prepared by a method analogous to that described above for the cathode, in which a binder such as, for example, a vinyl fluoride-based copolymer is dissolved or dispersed in an organic solvent or water and then with the conductive active The paste is obtained by mixing. The paste is coated on a metal foil, preferably aluminum or copper foil, to be used as a current collector. Preferably, heat is used to dry the paste to bond the active material to the current collector. Suitable anode materials and anodes are available from companies such as NEI Inc. (Somerset, NJ) and Farasis Energy Inc. (Hayward, CA).

본 발명의 리튬 이온 배터리는, 리튬 이온 배터리에서 전해질로서 사용하기에 적합한 화학 조성물인 비수성 전해질 조성물을 추가로 포함한다. 전해질 조성물은 전형적으로 적어도 하나의 비수성 용매 및 적어도 하나의 전해질 염을 함유한다. 전해질 염은, 비수성 전해질 조성물의 용매에 적어도 부분적으로 용해성이며, 비수성 전해질 조성물의 용매 중에서 적어도 부분적으로 이온으로 해리되어 전도성 전해질 조성물을 형성하는 이온성 염이다. 전도성 전해질 조성물은, 이온, 특히 리튬 이온이 애노드와 캐소드 사이를 자유롭게 이동하고 그에 의해 애노드와 캐소드 사이의 전해질 조성물을 통해 전하를 전도하도록, 캐소드와 애노드가 서로 이온 전도성 접촉하게 한다.The lithium ion battery of the present invention further comprises a non-aqueous electrolyte composition which is a chemical composition suitable for use as an electrolyte in a lithium ion battery. The electrolyte composition typically contains at least one non-aqueous solvent and at least one electrolyte salt. The electrolyte salt is an ionic salt that is at least partially soluble in the solvent of the non-aqueous electrolyte composition and is at least partially dissociated into ions in the solvent of the non-aqueous electrolyte composition to form a conductive electrolyte composition. The conductive electrolyte composition allows the cathode and the anode to make ionic conductive contact with one another such that ions, especially lithium ions, move freely between the anode and the cathode and thereby conduct charge through the electrolyte composition between the anode and the cathode.

본 발명의 리튬 이온 배터리의 비수성 전해질 조성물 중의 용매는 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르보네이트를 함유할 수 있다. 본 명세서에서 용매로서 사용하기에 적합한 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르는 하기와 같은 구조식에 의해 기술될 수 있다:The solvent in the non-aqueous electrolyte composition of the lithium ion battery of the present invention may contain at least one fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or at least one fluorinated non-cyclic carbonate. Suitable fluorinated non-cyclic carboxylic acid esters for use herein as solvents are described by the following structural formula:

[화학식 IIA]&Lt; RTI ID = 0.0 &

R1---C(O)O---R2 R 1 - C (O) O - R 2

여기서, R1은 CH3,CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, CF3, CF2H, CFH2, CF2R3, CFHR3, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 독립적으로 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, R3은, 선택적으로 적어도 하나의 불소로 치환된, C1 내지 C3 알킬 기이고, Rf는 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고, 추가로, R1 또는 R2 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불소를 함유하며, R1이 CF2H인 경우에, R2는 CH3이 아니다.Wherein, R 1 is CH 3, CH 2 CH 3, CH 2 CH 2 CH 3, CH (CH 3) 2, CF 3, CF 2 H, CFH 2, CF 2 R 3, CFHR 3, and CH 2 R f And R 2 is independently selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , and CH 2 R f , and R 3 is selected from the group consisting of A C 1 to C 3 alkyl group optionally substituted with at least one fluorine, R f is a C 1 to C 3 alkyl group substituted with at least one fluorine, and further, at least one of R 1 or R 2 is Containing at least one fluorine, and when R 1 is CF 2 H, R 2 is not CH 3 .

일부 실시 형태에서, R1은 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, CF3, CFHR3, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 독립적으로 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, R3은, 선택적으로 적어도 하나의 불소로 치환된, C1 내지 C3 알킬 기이고, Rf는 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고, 추가로, R1 또는 R2 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불소를 함유한다.In some embodiments, R 1 is CH 3, CH 2 CH 3, CH 2 CH 2 CH 3, CH (CH 3) 2, CF 3, is selected from the CFHR 3, and CH 2 group consisting of R f, R 2 Is independently selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , and CH 2 R f , and R 3 is optionally substituted with at least one fluorine , A C 1 to C 3 alkyl group, R f is a C 1 to C 3 alkyl group substituted with at least one fluorine, and further, at least one of R 1 or R 2 contains at least one fluorine.

일부 실시 형태에서, R1은 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, R2는 독립적으로 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rf는 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고, 추가로, R1 또는 R2 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불소를 함유한다.In some embodiments, R 1 is selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , and CH 2 R f and R 2 is independently selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3, CH 2 CH 2 CH 3, CH (CH 3) 2, CH is selected from the group consisting of 2 R f, R f is a C 1 to C 3 alkyl group substituted with at least one fluorine, more , At least one of R 1 or R 2 contains at least one fluorine.

다른 대안적인 실시 형태에서, 본 명세서에서 사용하기에 적합한 불소-함유 카르복실산 에스테르는 화학식:In another alternative embodiment, fluorine-containing carboxylic acid esters suitable for use herein have the formula:

[화학식 IIB](IIB)

R8- -C(O)O- -R9 R 8 - C (O) O - R 9

(여기서, R8 및 R9는 독립적으로 알킬 기를 나타내고, R8 및 R9 내의 탄소 원자의 합계는 2 내지 7개이고, R8 및/또는 R9 내의 적어도 2개의 수소는 불소로 대체되며 R8 또는 R9 중 어느 것도 FCH2 또는 FCH 기를 함유하지 않음)에 의해 나타내어질 수 있다.(Wherein, R 8 and R 9 represents an alkyl group independently, R 8 and the total of carbon atoms in R 9 is 2 numbered to 7, R 8 and / or R at least two hydrogen in the 9 are replaced by fluorine R 8 or R 9 any of it can be represented by not containing an FCH 2 or FCH).

일부 실시 형태에서 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르는:In some embodiments, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester is:

CH3C(O)OCH2CF2H (2,2-다이플루오로에틸 아세테이트, CAS 번호 1550-44-3),CH 3 C (O) OCH 2 CF 2 H (2,2-difluoroethyl acetate, CAS No. 1550-44-3),

CH3C(O)OCH2CF3 (2,2,2-트라이플루오로에틸 아세테이트, CAS 번호 406-95-1), 및CH 3 C (O) OCH 2 CF 3 (2,2,2-trifluoroethyl acetate, CAS No. 406-95-1), and

CH3C(O)OCH2CF2CF2H (2,2,3,3-테트라플루오로프로필 아세테이트, CAS 번호 681-58-3)로 이루어진 군의 하나 이상의 구성원으로부터 선택된다.CH 3 C (O) OCH 2 CF 2 CF 2 H (2,2,3,3-tetrafluoropropylacetate, CAS No. 681-58-3).

특정 일 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 용매는 CH3C(O)OCH2CF2H이다.In one particular embodiment, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester solvents include CH 3 C (O) OCH 2 CF 2 H.

본 명세서에서 용매로서 사용하기에 적합한 플루오르화된 비환형 카르보네이트는 하기와 같은 구조식에 의해 기술될 수 있다:Fluorinated acyclic carbonates suitable for use as solvents herein may be described by the following structural formula:

[화학식 III](III)

R4---O-C(O)O---R5 R 4 - OC (O) O - R 5

(여기서, R4 및 R5는 독립적으로 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고, Rf는 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고, 추가로, R4 또는 R5 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불소를 함유함).(Wherein, R 4 and R 5 are independently CH 3, CH 2 CH 3, CH 2 CH 2 CH 3, CH (CH 3) is selected from 2, and CH 2, the group consisting of R f, R f is at least one by a fluorine in the C 1 to C 3 alkyl group substituted by, further, R 4 or R 5 at least one of which also contains at least one fluorine).

일부 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르보네이트 용매는:In some embodiments, the fluorinated non-cyclic carbonate solvent comprises:

CH3OC(O)OCH2CF2H (메틸 2,2-다이플루오로에틸 카르보네이트, CAS 번호 916678-13-2),CH 3 OC (O) OCH 2 CF 2 H (methyl 2,2-difluoroethyl carbonate, CAS No. 916678-13-2),

CH3OC(O)OCH2CF3 (메틸 2,2,2-트라이플루오로에틸 카르보네이트, CAS 번호 156783-95-8), 및CH 3 OC (O) OCH 2 CF 3 (methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate, CAS No. 156783-95-8), and

CH3OC(O)OCH2CF2CF2H (메틸 2,2,3,3- 테트라플루오로프로필 카르보네이트, CAS 번호 156783-98-1)로 이루어진 군의 하나 이상의 구성원으로부터 선택된다.CH 3 OC (O) OCH 2 CF 2 CF 2 H (methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate, CAS No. 156783-98-1).

특정 일 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르보네이트 용매는 CH3OC(O)OCH2CF3이다.In one particular embodiment, the fluorinated non-cyclic carbonate, the solvent is CH 3 OC (O) OCH 2 CF 3.

이러한 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 용매 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트 용매의 둘 이상의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.Mixtures of two or more of such fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester solvents and / or fluorinated non-cyclic carbonate solvents may also be used.

본 명세서에서 사용하기에 적합한 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및 플루오르화된 비환형 카르보네이트는 공지의 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 아세틸 클로라이드를 (염기성 촉매를 사용하거나 사용하지 않고) 2,2-다이플루오로에탄올과 반응시켜 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 형성할 수 있다. 추가적으로, 위젠호퍼(Wiesenhofer) 등 (국제특허 공개 WO 2009/040367 A1호, 실시예 5)에 의해 기술된 방법을 사용하여 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 2,2-다이플루오로에틸 프로피오네이트를 제조할 수 있다. 유사하게, 메틸 클로로포르메이트를 2,2-다이플루오로에탄올과 반응시켜 메틸 2,2-다이플루오로에틸 카르보네이트를 형성할 수 있다. 대안적으로, 이러한 플루오르화된 용매 중 일부는 매트릭스 사이언티픽(Matrix Scientific; 미국 사우스캐롤라이나주 콜럼비아 소재)과 같은 회사로부터 구매할 수 있다. 최상의 결과를 위해, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및 플루오르화된 비환형 카르보네이트를 약 99.9% 이상, 더욱 특히 약 99.99% 이상의 순도 수준으로 정제하는 것이 바람직하다. 이들 플루오르화된 용매는 진공 증류 또는 스피닝 밴드(spinning band) 증류와 같은 증류 방법을 사용하여 정제할 수 있다.Fluorinated acyclic carboxylic acid esters and fluorinated acyclic carbonates suitable for use herein may be prepared using known methods. For example, acetyl chloride can be reacted with 2,2-difluoroethanol (with or without a basic catalyst) to form 2,2-difluoroethyl acetate. In addition, 2,2-difluoroethyl acetate and 2,2-difluoroethyl &lt; RTI ID = 0.0 &gt; propyl &lt; / RTI &gt; acetate were prepared using the method described by Wiesenhofer et al. (International Patent Publication No. WO 2009/040367 A1, Can be produced. Similarly, methyl chloroformate can be reacted with 2,2-difluoroethanol to form methyl 2,2-difluoroethyl carbonate. Alternatively, some of these fluorinated solvents may be purchased from companies such as Matrix Scientific (Columbia, SC, USA). For best results, it is desirable to purify the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and the fluorinated acyclic carbonate to a purity level of at least about 99.9%, more particularly at least about 99.99%. These fluorinated solvents can be purified using distillation methods such as vacuum distillation or spinning band distillation.

본 발명의 리튬 이온 배터리 내의 비수성 전해질 조성물은, 상기한 바와 같은, 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트, 및 적어도 하나의 공용매(co-solvent)를 포함하는 용매 혼합물을 또한 함유할 수 있다. 적합한 공용매의 예에는, 제한 없이, 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 플루오로에틸렌 카르보네이트, 테트라메틸렌 설폰 및 에틸 메틸 설폰이 포함된다. 최상의 결과를 위해, 배터리 등급(battery grade)이거나 약 99.9% 이상, 더욱 특히 약 99.99% 이상의 순도 수준을 갖는 공용매를 사용하는 것이 바람직하다. 일 실시 형태에서, 공용매는 에틸렌 카르보네이트이다. 다른 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르는 CH3CO2CH2CF2H이고 공용매는 에틸렌 카르보네이트 또는 플루오르화된 에틸렌 카르보네이트이다.The non-aqueous electrolyte composition in the lithium ion battery of the present invention comprises at least one fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or fluorinated non-cyclic carbonate as described above, and at least one co-solvent (co -solvent). &lt; / RTI &gt; Examples of suitable co-solvents include, without limitation, ethylene carbonate, propylene carbonate, fluoroethylene carbonate, tetramethylene sulfone and ethyl methyl sulfone. For best results, it is desirable to use a co-solvent having a battery grade or a purity level of at least about 99.9%, more particularly at least about 99.99%. In one embodiment, the co-solvent is ethylene carbonate. In another embodiment, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester is CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H and the co-solvent is ethylene carbonate or fluorinated ethylene carbonate.

상기한 바와 같은, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트, 및 공용매는 전해질 조성물의 요구되는 특성에 따라 다양한 비율로 조합되어, 전해질 조성물에 사용되는 바와 같은 용매 혼합물을 형성할 수 있다. 일 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트는 용매 혼합물의 약 40 중량% 내지 약 90 중량%를 구성한다. 다른 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트는 용매 혼합물의 약 50 중량% 내지 약 80 중량%를 구성한다. 다른 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트는 용매 혼합물의 약 60 중량% 내지 약 80 중량%를 구성한다. 다른 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트는 용매 혼합물의 약 65 중량% 내지 약 75 중량%를 구성한다. 다른 실시 형태에서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트는 용매 혼합물의 약 70 중량%를 구성한다.As described above, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or the fluorinated non-cyclic carbonate, and the co-solvent may be combined in various ratios depending on the required properties of the electrolyte composition, Solvent mixture can be formed. In one embodiment, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or the fluorinated non-cyclic carbonate constitutes from about 40% to about 90% by weight of the solvent mixture. In another embodiment, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or the fluorinated non-cyclic carbonate comprises from about 50% to about 80% by weight of the solvent mixture. In another embodiment, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or the fluorinated acyclic carbonate comprise from about 60% to about 80% by weight of the solvent mixture. In another embodiment, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or the fluorinated non-cyclic carbonate comprises from about 65% to about 75% by weight of the solvent mixture. In another embodiment, the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or the fluorinated non-cyclic carbonate constitutes about 70% by weight of the solvent mixture.

다른 실시 형태에서, 비수성 전해질 조성물은 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 CH3CO2CH2CF2H 및 에틸렌 카르보네이트를 함유하는 용매 혼합물을 포함하는데, 여기서, CH3CO2CH2CF2H는 용매 혼합물의 약 50 중량% 내지 약 80 중량%를 구성한다. 다른 실시 형태에서, 비수성 전해질 조성물은 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 CH3CO2CH2CF2H와 에틸렌 카르보네이트의 용매 혼합물을 함유하는데, 여기서, CH3CO2CH2CF2H는 용매 혼합물의 약 65 중량% 내지 약 75 중량%를 구성한다.In another embodiment, the non-aqueous electrolyte composition comprises a solvent mixture containing a fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H and ethylene carbonate wherein CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H constitutes about 50% to about 80% by weight of the solvent mixture. In another embodiment, the non-aqueous electrolyte composition contains a solvent mixture of a fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H and ethylene carbonate, wherein CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H constitutes about 65% to about 75% by weight of the solvent mixture.

본 발명의 리튬 이온 배터리 내의 비수성 전해질 조성물은 적어도 하나의 전해질 염을 또한 함유한다. 적합한 전해질 염에는, 제한 없이,The non-aqueous electrolyte composition in the lithium ion battery of the present invention also contains at least one electrolyte salt. Suitable electrolyte salts include, without limitation,

리튬 헥사플루오로포스페이트, Li PF3(CF2CF3)3,Lithium hexafluorophosphate, Li PF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 ,

리튬 비스(트라이플루오로메탄설포닐)이미드,Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide,

리튬 비스(퍼플루오로에탄설포닐)이미드,Lithium bis (perfluoroethanesulfonyl) imide,

리튬 (플루오로설포닐) (노나플루오로부탄설포닐)이미드,Lithium (fluorosulfonyl) (nonafluorobutanesulfonyl) imide,

리튬 비스(플루오로설포닐)이미드,Lithium bis (fluorosulfonyl) imide,

리튬 테트라플루오로보레이트,Lithium tetrafluoroborate,

리튬 퍼클로레이트,Lithium perchlorate,

리튬 헥사플루오로아르세네이트,Lithium hexafluoroarsenate, lithium hexafluoroarsenate,

리튬 트라이플루오로메탄설포네이트,Lithium trifluoromethane sulfonate,

리튬 트리스(트라이플루오로메탄설포닐)메타이드,Lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide,

리튬 비스(옥살라토)보레이트,Lithium bis (oxalato) borate,

리튬 다이플루오로(옥살라토)보레이트,Lithium difluoro (oxalato) borate,

Li2B12F12-xHx (여기서, x는 0 내지 8임), 및Li 2 B 12 F 12-x H x where x is 0 to 8, and

리튬 플루오라이드와 음이온 수용체, 예를 들어, B(OC6F5)3의 혼합물이 포함된다.Lithium fluoride and anion receptors, for example, mixtures of B (OC 6 F 5) 3 .

이들 또는 비견되는 전해질 염의 둘 이상의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 전해질 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트이다. 전해질 염은 비수성 전해질 조성물 중에 약 0.2 내지 약 2.0 M, 더욱 특히 약 0.3 내지 약 1.5 M, 및 더욱 특히 약 0.5 내지 약 1.2 M의 양으로 존재할 수 있다.Mixtures of two or more of these or comparable electrolyte salts may also be used. In one embodiment, the electrolyte salt is lithium hexafluorophosphate. The electrolyte salt may be present in the non-aqueous electrolyte composition in an amount of from about 0.2 to about 2.0 M, more particularly from about 0.3 to about 1.5 M, and more particularly from about 0.5 to about 1.2 M.

본 발명의 리튬 이온 배터리 내의 비수성 전해질 조성물은, 전극 중 하나 또는 둘 모두 상에서의 필름 형성에 기여하는 것으로 여겨지는 적어도 하나의 첨가제를 또한 함유할 수 있다. 적합한 그러한 첨가제에는, 제한 없이,The non-aqueous electrolyte composition in the lithium ion battery of the present invention may also contain at least one additive which is believed to contribute to film formation on one or both of the electrodes. Suitable such additives include, without limitation,

플루오로에틸렌 카르보네이트 (본 명세서에서 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온으로도 지칭됨, CAS 번호 114435-02-8) 및 그의 할로겐화된 유도체, C1~C3 유도체 및 할로겐화된 C1~C3 유도체,(Also referred to herein as 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, CAS No. 114435-02-8) and its halogenated derivatives, C 1 -C 3 derivatives And halogenated C 1 -C 3 derivatives,

에틸렌 설페이트 및 그의 할로겐화된 유도체, C1~C3 유도체 및 할로겐화된 C1~C3 유도체,Ethylene sulfates and halogenated derivatives thereof, C 1 -C 3 derivatives and halogenated C 1 -C 3 derivatives,

비닐 에틸렌 카르보네이트 및 그의 할로겐화된 유도체, C1~C3 유도체 및 할로겐화된 C1~C3 유도체,Vinyl ethylene carbonate and its halogenated derivatives, C 1 -C 3 derivatives and halogenated C 1 -C 3 derivatives,

비닐렌 카르보네이트 및 그의 할로겐화된 유도체, C1~C3 유도체 및 할로겐화된 C1~C3 유도체,Vinylene carbonate and its halogenated derivatives, C 1 -C 3 derivatives and halogenated C 1 -C 3 derivatives,

말레산 무수물 및 그의 할로겐화된 유도체, C1~C3 유도체 및 할로겐화된 C1~C3 유도체, 및Maleic anhydride and its halogenated derivatives, C 1 -C 3 derivatives and halogenated C 1 -C 3 derivatives, and

비닐 아세테이트가 포함된다.Vinyl acetate.

일 실시 형태에서, 바람직한 첨가제는 플루오로에틸렌 카르보네이트이다.In one embodiment, the preferred additive is fluoroethylene carbonate.

이들 첨가제는 일반적으로 구매가능하며; 예를 들어, 플루오로에틸렌 카르보네이트는 차이나 랑켐 인크.(China LangChem INC.; 중국 상하이 소재) 및 엠티아이 코포레이션(MTI Corp.; 미국 캘리포니아주 리치몬드 소재)과 같은 회사로부터 입수가능하다. 이들 첨가제를 약 99.0% 이상, 더욱 특히 약 99.9% 이상의 순도 수준으로 정제하는 것이 바람직하다. 정제는, 상기에 기술된 바와 같이, 공지의 방법을 사용하여 행해질 수 있다. 이러한 유형의 첨가제는, 사용되는 경우, 총 전해질 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%, 더욱 특히 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%, 및 더욱 특히 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%의 양으로 보통 존재한다.These additives are generally commercially available; For example, fluoroethylene carbonates are available from companies such as China LangChem INC., Shanghai, China, and MTI Corp., Richmond, CA, USA. It is preferred to purify these additives to a purity level of at least about 99.0%, more particularly at least about 99.9%. Tablets can be made using known methods, as described above. This type of additive, when used, is present in an amount of from about 0.01% to about 5%, more particularly from about 0.1% to about 2%, and more particularly from about 0.5% to about 1.5% by weight of the total electrolyte composition .

본 발명의 리튬 이온 배터리는 애노드와 캐소드 사이에 다공성 분리막을 또한 포함한다. 다공성 분리막은 애노드와 캐소드 사이의 단락을 방지하는 역할을 한다. 다공성 분리막은 전형적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드 또는 폴리이미드, 또는 그 조합과 같은 미세다공성 중합체의 1겹 또는 여러 겹의 시트로 이루어진다. 다공성 분리막의 기공 크기는 이온 수송을 허용하여 애노드와 캐소드 사이의 이온 전도성 접촉을 제공하기에 충분히 크지만, 애노드와 캐소드의 직접적인 접촉을 방지하거나, 또는 애노드 및 캐소드 상에 형성될 수 있는 덴드라이트(dendrite) 또는 입자 침투에 기인하는 애노드와 캐소드의 접촉을 방지하기에 충분히 작다. 본 명세서에서 사용하기에 적합한 다공성 분리막의 예는, 모든 면에서 본 출원의 일부로서 전체적으로 참고로 포함되며, 미국 특허 출원 공개 제2012/0149852 A1호로 공개된, 미국 특허 출원 제12/963,927호 (2010년 12월 9일자로 출원됨)에 개시되어 있다.The lithium ion battery of the present invention also includes a porous separator between the anode and the cathode. The porous separator serves to prevent a short circuit between the anode and the cathode. The porous separator is typically comprised of a single or multiple sheets of microporous polymer, such as polyethylene, polypropylene, polyamide or polyimide, or combinations thereof. The pore size of the porous separator is large enough to allow ion transport and to provide ionic conductive contact between the anode and the cathode, but it is possible to prevent direct contact of the anode with the cathode, or to prevent dendrites dendrite) or the contact between the anode and the cathode due to particle penetration. Examples of porous separator membranes suitable for use herein are described in U.S. Patent Application No. 12 / 963,927, 2010, which is incorporated herein by reference in its entirety as part of the present application and is disclosed in United States Patent Application Publication No. 2012/0149852 A1, Filed December 9, 1999).

본 발명의 리튬 이온 배터리의 하우징은 상기한 리튬 이온 배터리 구성요소들을 수용하는 임의의 적합한 용기일 수 있다. 그러한 용기는 작거나 큰 원통, 프리즘형 케이스 또는 파우치의 형상으로 제작될 수 있다.The housing of the lithium ion battery of the present invention may be any suitable container that accommodates the lithium ion battery components described above. Such a container can be made in the shape of a small or large cylinder, a prismatic case or a pouch.

본 발명의 리튬 이온 배터리는 다양한 전자 급전 또는 보조 장치, 예를 들어, 수송 장치 (모터 차량, 자동차, 트럭, 버스, 또는 비행기를 포함함), 컴퓨터, 통신 장치, 카메라, 라디오, 또는 전동 공구에서, 그리드 저장을 위해서 또는 동력원으로서 사용될 수 있다.The lithium ion battery of the present invention can be used in a variety of electronic supply or auxiliary devices such as a transport device (including a motor vehicle, an automobile, a truck, a bus or an airplane), a computer, a communication device, a camera, a radio, , For grid storage, or as a power source.

실시예Example

본 발명의 소정 실시 형태의 작동 및 효과를 하기에 설명한 일련의 실시예로부터 더욱 충분히 인식할 수 있다. 이들 실시예가 기반을 두는 실시 형태는 단지 대표적인 것이고, 본 명세서의 발명을 예시하기 위해 이들 실시 형태를 선택하는 것은 실시예에 기술되지 않은 물질, 성분, 반응물, 조건, 기술, 배치, 또는 디자인이 본 출원에 사용하기에 적합하지 않거나, 실시예에서 기술되지 않은 주제가 첨부된 특허청구범위 및 그의 등가물의 범주로부터 배제됨을 나타내지는 않는다. 실시예의 의의는, 실시예로부터 얻어진 결과를 소정의 시험적 실행으로부터 얻어진 결과와 비교함으로써 더 잘 이해되며, 상기 시험적 실행은 대조 실험으로서의 역할을 하고 그러한 비교에 대한 기초를 제공하도록 설계되는데, 이는 이들 시험적 실행에서 상이한 유형의 용매가 사용되었기 때문이다.The operation and effect of certain embodiments of the present invention can be more fully appreciated from the series of embodiments described below. It is to be understood that the embodiments on which these embodiments are based are exemplary only and that the selection of these embodiments to illustrate the invention herein is not intended to limit the scope of the present invention to the use of materials, components, reactants, conditions, It is not indicated that the subject matter which is not suitable for use in the application or which is not described in the examples is excluded from the scope of the appended claims and equivalents thereof. The significance of the embodiment is better understood by comparing the result obtained from the embodiment with the result obtained from the predetermined test execution and the test execution is designed to serve as a control experiment and provide the basis for such comparison, This is because different types of solvents have been used in these experimental runs.

실시예에서 사용된 약어의 의미는 하기와 같다: "g"는 그램을 의미하고, "mg"는 밀리그램을 의미하고, "μg"는 마이크로그램을 의미하고, "L"은 리터를 의미하고, "mL"는 밀리리터를 의미하고, "mol"은 몰을 의미하고, "mmol"은 밀리몰을 의미하고, "M"은 몰 농도를 의미하고, "중량%"은 중량 퍼센트를 의미하고, "Hz"는 헤르츠를 의미하고, "mS"는 밀리지멘스를 의미하고, "mA"는 밀리암페어를 의미하고, "mAh/g"는 그램당 밀리암페어 시를 의미하고, "V"는 볼트를 의미하고, "x C"는 1/x 시간에 캐소드를 완전히 충전/방전할 수 있는 정전류를 지칭하고, "SOC"는 충전 상태를 의미하고, "SEI"는 전극 물질의 표면 상에 형성된 고체 전해질 계면을 의미하고, "kPa"는 킬로파스칼을 의미하고, "rpm"은 분당 회전수를 의미하고, "psi"는 제곱인치당 파운드를 의미한다.The abbreviations used in the examples are as follows: "g" means grams, "mg" means milligrams, "μg" means micrograms, "L" means liter, "mmol" means milliliter, "mol" means mol, "mmol" means millimolar, "M" means molar concentration, "wt%" means weight percent, and " "Means Hertz," mS "means Milli Siemens," mA "means milliampere," mAh / g "means milliampere per gram," V "means bolt , "x C" refers to a constant current capable of fully charging / discharging the cathode at 1 / x time, "SOC " means a charged state," SEI "means a solid electrolyte interface formed on the surface of the electrode material Quot; kPa " means kilo Pascal, "rpm" means the number of revolutions per minute, and "psi " means pounds per square inch.

LiMnLiMn 1One .5.5 NiNi 00 .42.42 FeFe 00 .08.08 OO 44 캐소드Cathode 활물·질의 제조 Production of active materials

철-도핑된 LiMn1.5Ni0.5O4를 리우 등 (문헌[J. Phys. Chem. C 113, 15073-15079, 2009])에 의해 기술된 수산화물 전구체 방법에 의해 합성하였다. 이 방법에서는, 7.352 g의 Mn(CH3COO)4H2O, 2.090 g의 Ni(CH3COO)4H2O, 및 0.278 g의 Fe(CH3COO)2를 함유하는 100 mL 용액을 200 mL의 3.0 M KOH 용액에 적가하여 수산화물 전구체를 침전시켰다. 생성된 침전물을 여과에 의해 수집하고, 탈이온수로 광범위하게 세척하고, 이어서, 오븐에서 건조하여, 3.591 g의 전이 금속 수산화물을 수득하였다.Iron-doped LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 was synthesized by the hydroxide precursor method described by Liu et al. ( J. Phys. Chem. C 113, 15073-15079, 2009). In this method, 100 mL containing 7.352 g of Mn (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O, 2.090 g of Ni (CH 3 COO) 2 · 4H 2 O, and 0.278 g of Fe (CH 3 COO) 2 The solution was added dropwise to 200 mL of a 3.0 M KOH solution to precipitate the hydroxide precursor. The resulting precipitate was collected by filtration, washed extensively with deionized water, and then dried in an oven to yield 3.591 g of transition metal hydroxide.

이어서, 전이 금속 수산화물을 함유하는 침전물을 1℃/분의 가열/냉각 속도로 공기 중에서 12시간 동안 900℃에서 0.804 g의 LiOH·H2O와 혼합하였다.Then, the precipitate containing the transition metal hydroxide 1 ℃ / min 900 ℃ was mixed with 0.804 g LiOH · H 2 O for 12 hours in air at a heating / cooling rate.

생성된 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4는, X-선 분말 회절에 의해 측정할 때, 불순물 없이 LiMn1.5Ni0.5O4와 동일한 입방 스피넬 구조를 나타내었다.The resulting LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 exhibited the same cubic spinel structure as LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 without impurities when measured by X-ray powder diffraction.

LiMnLiMn 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 캐소드의 제조 Manufacture of cathode

상기한 바와 같이 제조된 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 (2.08 g) 캐소드 활물질, 0.26 g의 덴카 블랙(Denka black; 일본 소재의 덴카 코포레이션(DENKA Corp.)으로부터 입수한 아세틸렌 블랙), 2.16 g의 폴리비닐리덴 다이플루오라이드 (PVDF) 용액 (N-메틸피롤리돈 (NMP) 중 12 중량%, 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 쿠레하 아메리카 인크.(Kureha America Inc.), KFL#1120), 및 추가로 2.93 g의 NMP를 유성 원심 혼합기(씽키(THINKY) ARE-310, 일본 소재의 씽키 코포레이션(THINKY Corp.))를 사용하여 2,000 rpm에서 우선 혼합하고, 이어서 전단 혼합기 (미국 노스캐롤라이나주 윌밍턴 소재의 이카(등록상표) 웍스(IKA(등록상표) Works))를 사용하여 혼합하여 균일한 슬러리를 형성하였다. 닥터 블레이드 게이트(doctor blade gate)를 사용하여 슬러리를 알루미늄 포일 상에 코팅하고, 대류 오븐에서 10 내지 15분 동안 100℃에서 건조하였다. 생성된 전극을 주위 온도에서 3.63 kN (370 kg)의 닙 힘(nip force)으로 102 mm 직경 강 롤 사이에서 캘린더링하였다. 전극을 진공 오븐 내에서 -85 kPa (-25 in Hg)에서 6시간 동안 90℃에서 추가로 건조하였다.A cathode active material LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 (2.08 g) prepared as described above, 0.26 g of Denka black (acetylene black available from DENKA Corp., Japan), 2.16 g of 12% by weight of a solution of polyvinylidene difluoride (PVDF) (N-methylpyrrolidone (NMP), Kureha America Inc., KFL # 1120, New York, New York) 2.93 g of NMP were first blended at 2,000 rpm using a planetary centrifugal mixer (THINKY ARE-310, THINKY Corp., Japan), followed by a shear mixer (Wilmington, IKA (registered trademark) Works) to prepare a uniform slurry. The slurry was coated on an aluminum foil using a doctor blade gate and dried at 100 DEG C for 10 to 15 minutes in a convection oven. The resulting electrode was calendered between 102 mm diameter steel rolls with a nip force of 3.63 kN (370 kg) at ambient temperature. The electrode was further dried in a vacuum oven at -85 kPa (-25 in Hg) for 6 hours at 90 &lt; 0 &gt; C.

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물의 제조Preparation of a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate

매트릭스 사이언티픽 (미국 사우스캐롤라이나주 콜럼비아 소재)으로부터 입수한 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 스피닝 밴드 증류에 의해 2회 정제하여, 화염 이온화 검출기(flame ionization detector)를 사용하는 기체 크로마토그래피에 의해 측정할 때, 99.99% 순도를 얻었다. 정제된 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 (7.32 g) 및 3.10 g의 에틸렌 카르보네이트 (99%, 무수, 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich))를 함께 혼합하였다. 9.0 mL의 생성된 용액에 1.35 g의 리튬 헥사플루오로포스페이트 (99.99% 배터리 등급, 시그마-알드리치)를 첨가하고, 고형물이 모두 용해될 때까지 혼합물을 수 분 동안 진탕하였다.2,2-Difluoroethyl acetate, obtained from Matrix Scientific (Columbia, SC), was purified twice by spinning band distillation and was purified by gas chromatography using a flame ionization detector When measured, 99.99% purity was obtained. The purified 2,2-difluoroethyl acetate (7.32 g) and 3.10 g of ethylene carbonate (99%, anhydrous, Sigma-Aldrich, Milwaukee, Wisconsin) were mixed together. To a solution of 9.0 mL of the resulting solution was added 1.35 g of lithium hexafluorophosphate (99.99% battery grade, Sigma-Aldrich) and the mixture was shaken for several minutes until all solids dissolved.

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물의 제조Preparation of a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate and a fluoroethylene carbonate additive

차이나 랑켐 인크.(중국 상하이 소재)로부터 입수한 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온을 진공 증류에 의해 정제하였다. 정제된 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온 (0.053 g)을 5.30 g의 상기한 비수성 전해질 조성물에 첨가하고 혼합물을 수 분 동안 진탕하였다.4-Fluoro-1,3-dioxolan-2-one obtained from China Langkam-Ink. (Shanghai, China) was purified by vacuum distillation. The purified 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (0.053 g) was added to 5.30 g of the above non-aqueous electrolyte composition and the mixture was shaken for several minutes.

메틸 2,2,2-트라이플루오로에틸 카르보네이트 (CHMethyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate (CH 33 OC(O)OCHOC (O) OCH 22 CFCF 33 )의 합성) Synthesis of

드라이-박스(dry-box)에서, 클로로포르메이트 (232.0 g, 시그마-알드리치)를, 0 내지 15℃에서, 2,2,2-트라이플루오로에탄올 (202.0 g, 시그마-알드리치), 피리딘 (194.0 g, 무수, 시그마-알드리치), 및 다이클로로메탄 (1.5 L, 무수, 미국 뉴저지주 깁스타운 소재의 이엠디 케미칼스(EMD Chemicals))의 용액에 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 주말 동안 교반하였다. NMR 분석을 위해 샘플을 취하였고, 이러한 분석에서는 2,2,2-트라이플루오로에탄올의 전환율이 100%인 것으로 나타났다. 혼합물을 여과하였다. 수집된 고형물을 다이클로로메탄으로 세척하고, 합한 유기 액체 여과액을 50 mL 분량의 5% HCl로 5회 세척하였다. NMR 분석을 위해 샘플을 취하였고, 피리딘이 검출되었다. 이어서, 유기 액체 여과액을 25 mL 분량의 5% HCl로 4회 더 세척하였고, 그 후, NMR에 의하면 피리딘이 검출되지 않았다. 유기 액체 여과액을 염수 (50 mL)로 세척하였다. 다이클로로메탄을 회전 증발에 의해 유기 액체 여과액으로부터 제거하였다. 얻어진 조 생성물(crude product) (273 g)을 분자체로 건조하고, 이어서, 스피닝 밴드 컬럼 증류에 의해 2회 정제하였다. 순수한 물질 (101.6 g)을 얻었고 전해질 조성물을 위해 사용하였다.In a dry-box, chloroformate (232.0 g, Sigma-Aldrich) was added to a solution of 2,2,2-trifluoroethanol (202.0 g, Sigma-Aldrich), pyridine 194.0 g, anhydrous, Sigma-Aldrich) and dichloromethane (1.5 L, anhydrous, EMD Chemicals, Gipston, NJ). The mixture was stirred at room temperature over the weekend. Samples were taken for NMR analysis, in which the conversion of 2,2,2-trifluoroethanol was found to be 100%. The mixture was filtered. The collected solids were washed with dichloromethane and the combined organic liquid filtrate was washed five times with 50 mL portions of 5% HCl. Samples were taken for NMR analysis and pyridine was detected. The organic liquid filtrate was then washed four more times with 25 mL portions of 5% HCl and then pyridine was not detected by NMR. The organic liquid filtrate was washed with brine (50 mL). Dichloromethane was removed from the organic liquid filtrate by rotary evaporation. The crude product (273 g) obtained was dried with molecular sieves and then purified twice by spinning band column distillation. Pure material (101.6 g) was obtained and used for the electrolyte composition.

메틸 2,2,2-트라이플루오로에틸 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물의 제조Preparation of non-aqueous electrolyte compositions comprising methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate, ethylene carbonate and fluoroethylene carbonate additives

메틸 2,2,2-트라이플루오로에틸 카르보네이트 (10.0 g)를 4A 분자체 (1.0 g)로 주말 동안 건조하고, 이어서, 4A 분자체 (1.0 g)로 하룻밤 추가로 건조하였다. 이어서, 건조된 메틸 2,2,2-트라이플루오로에틸 카르보네이트를, 주사기를 사용하여 PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌) 필터 플레이트로 여과하였다. 건조되고 여과된 메틸 2,2,2-트라이플루오로에틸 카르보네이트 (2.80 g)를 에틸렌 카르보네이트 (노볼라이트(Novolyte), 1.20 g)와 혼합하고, 생성된 용매 혼합물을 고형물이 모두 용해될 때까지 진탕하였다. 2 mL GC 바이알 (오븐 건조됨)에, LiPF6 (0.076 g, 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 노볼라이트)를 첨가한 다음, 1.0 mL의 용매 혼합물을 첨가하였다. 생성된 혼합물의 순중량은 1.36 g이었다. 고형물이 모두 용해될 때까지 혼합물을 진탕하였다. 상기 혼합물에, 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온 (14 mg, 중국 상하이 소재의 롱켐(LongChem), 진공 증류에 의해 정제됨)을 첨가하였다. 생성된 비수성 전해질 조성물을 진탕하고 드라이-박스 내에 보관하였다.Methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate (10.0 g) was dried with 4A molecular sieves (1.0 g) over the weekend and then further dried overnight with 4A molecular sieves (1.0 g). The dried methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate was then filtered through a PTFE (polytetrafluoroethylene) filter plate using a syringe. The dried and filtered methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate (2.80 g) was mixed with ethylene carbonate (Novolyte, 1.20 g) and the resulting solvent mixture was completely dissolved . To a 2 mL GC vial (oven-dried) was added LiPF 6 (0.076 g, Novolite, Cleveland, Ohio) followed by 1.0 mL of the solvent mixture. The net weight of the resulting mixture was 1.36 g. The mixture was shaken until all of the solids had dissolved. To this mixture was added 4-fluoro-l, 3-dioxolan-2-one (14 mg, LongChem, Shanghai, China, purified by vacuum distillation). The resulting non-aqueous electrolyte composition was shaken and stored in a dry-box.

2,2,2-트라이플루오로에틸 아세테이트, 에틸렌 카르보네이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물의 제조Preparation of non-aqueous electrolyte compositions comprising 2,2,2-trifluoroethyl acetate, ethylene carbonate and fluoroethylene carbonate additives

신퀘스트 래보러토리즈 (SynQuest Laboratories; 미국 플로리다주 알라추아 소재)로부터 입수한 2,2,2-트라이플루오로에틸 아세테이트 (CH3C(O)OCH2CF3)를 스피닝 밴드 컬럼 증류에 의해 2회 정제하여, 화염 이온화 검출기를 사용하는 기체 크로마토그래피에 의해 측정할 때, 99.9% 순도를 얻었다. 정제된 2,2,2-트라이플루오로에틸 아세테이트 (10.0 g)를 4A 분자체 (1.0 g)로 주말 동안 건조하고, 4A 분자체 (1.0 g)로 하룻밤 추가로 건조하였다. 이어서, 건조된, 정제된 2,2,2-트라이플루오로에틸 아세테이트를, 주사기를 사용하여 PTFE 필터 플레이트로 여과하였다. 여과된 물질 (2.80 g)을 에틸렌 카르보네이트 (노볼라이트, 1.20 g)와 혼합하고, 생성된 용매 혼합물을 고형물이 모두 용해될 때까지 진탕하였다. 2 mL GC 바이알 (오븐 건조됨)에, LiPF6 (0.076 g, 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 노볼라이트)를 첨가한 다음, 1.0 mL의 용매 혼합물을 첨가하였다. 생성된 혼합물의 순중량은 1.38 g이었다. 고형물이 모두 용해될 때까지 혼합물을 진탕하였다. 이러한 혼합물에, 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온 (14 mg, 중국 상하이 소재의 롱켐, 진공 증류에 의해 정제됨)을 첨가하였다. 생성된 비수성 전해질 조성물을 진탕하고 드라이-박스 내에 보관하였다.See Shin Quest below grease soil; as a 2,2,2 obtained from (SynQuest Laboratories, Florida Allah Chua material), ethyl acetate (CH 3 C (O) OCH 2 CF 3) by a spinning band distillation column Two times purification, 99.9% purity was obtained as determined by gas chromatography using a flame ionization detector. Purified 2,2,2-trifluoroethyl acetate (10.0 g) was dried with 4A molecular sieves (1.0 g) over the weekend and further dried with 4A molecular sieves (1.0 g) overnight. The dried, purified 2,2,2-trifluoroethyl acetate was then filtered through a PTFE filter plate using a syringe. The filtered material (2.80 g) was mixed with ethylene carbonate (novolol, 1.20 g) and the resulting solvent mixture was shaken until all of the solids had dissolved. To a 2 mL GC vial (oven-dried) was added LiPF 6 (0.076 g, Novolite, Cleveland, Ohio) followed by 1.0 mL of the solvent mixture. The net weight of the resulting mixture was 1.38 g. The mixture was shaken until all of the solids had dissolved. To this mixture was added 4-fluoro-l, 3-dioxolan-2-one (14 mg, Longchem, Shanghai, China, purified by vacuum distillation). The resulting non-aqueous electrolyte composition was shaken and stored in a dry-box.

메틸 2,2-다이플루오로에틸 카르보네이트 (CHMethyl 2,2-difluoroethyl carbonate (CH 33 OC(O)OCHOC (O) OCH 22 CFCF 22 H)의 합성H)

질소 보호 하에, 클로로포르메이트 (136.1 g, 시그마-알드리치)를, 오버헤드 교반이 구비되고 수조를 사용하여 냉각되는, 오븐 건조된 2 L 3구 플라스크 내의 2,2-다이플루오로에탄올 (113.9.0 g, 미국 사우스캐롤라이나주 콜럼비아 소재의 매트릭스 사이언티픽, 스피닝 밴드 컬럼 증류에 의해 정제됨), 피리딘 (113.9 g, 무수, 시그마-알드리치), 및 다이클로로메탄 (0.80 L, 무수, 미국 뉴저지주 깁스타운 소재의 이엠디 케미칼스)의 용액에 시린지 펌프(syringe pump)를 통해 3시간의 기간에 걸쳐 천천히 첨가하였다. 생성된 혼합물을 하룻밤 실온에서 교반하였다. NMR 분석을 위해 샘플을 취하였고, 이러한 분석에서는 2,2-다이플루오로에탄올이 검출되지 않은 것으로 나타났다. 혼합물을 여과하고 여과액을 100 mL의 10% HCl로 세척한 다음, 50 mL 분량의 10% HCl로 2회 더 세척하였다. NMR 분석을 위해 샘플을 취하였고, 이러한 분석에서는 피리딘이 검출되지 않은 것으로 나타났다. 이어서, 여과액을 50 mL의 5% Na2CO3 용액으로 세척하고, 이어서, 100 mL의 염수로 세척하였다. 유기 층을 무수 MgSO4 (50 g)로 2시간 동안 건조하고, 이어서, 분자체 (4A, 50 g)로 하룻밤 건조하였다. 건조된 용액을 회전 증발시켜 다이클로로메탄을 제거하였다. 얻어진 조 생성물 (208 g)을 스피닝 밴드 컬럼 증류에 의해 정제하였다. 순수한 생성물 (101.7 g)을 얻었고 전해질 조성물을 위해 사용하였다.Under nitrogen protection, chloroformate (136.1 g, Sigma-Aldrich) was added to a solution of 2,2-difluoroethanol (113.9 g) in an oven-dried 2 L 3 -cylon flask, equipped with overhead stirring and cooling with a water bath. 0 g, Matrix Scientific, Columbia, South Carolina, purified by spinning band column distillation), pyridine (113.9 g, anhydrous, Sigma-Aldrich), and dichloromethane (0.80 L, anhydrous, (TM) &lt; / RTI &gt; in Townsville, CA) over a period of 3 hours via a syringe pump. The resulting mixture was stirred overnight at room temperature. Samples were taken for NMR analysis, in which no 2,2-difluoroethanol was detected. The mixture was filtered and the filtrate was washed with 100 mL of 10% HCl and then twice with 50 mL portions of 10% HCl. Samples were taken for NMR analysis and no pyridine was detected in this assay. Then, the filtrate was washed with 5% Na 2 CO 3 a solution of 50 mL, which was then washed with 100 mL of brine. The organic layer was dried with anhydrous MgSO 4 (50 g) for 2 hours and then dried with molecular sieves (4A, 50 g) overnight. The dried solution was rotary evaporated to remove dichloromethane. The obtained crude product (208 g) was purified by spinning band column distillation. The pure product (101.7 g) was obtained and used for the electrolyte composition.

메틸 2,2-다이플루오로에틸 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물의 제조Preparation of non-aqueous electrolyte compositions comprising methyl 2,2-difluoroethyl carbonate, ethylene carbonate and fluoroethylene carbonate additives

메틸 2,2-다이플루오로에틸 카르보네이트 (10.0 g)를 4A 분자체 (1.0 g)로 하룻밤 건조하고, 이어서, 4A 분자체 (1.0 g)로 하룻밤 추가로 건조하였다. 이어서, 건조된 메틸 2,2-다이플루오로에틸 카르보네이트를, 주사기를 사용하여 PTFE 필터 플레이트로 여과하였다. 여과된 물질 (2.80 g)을 에틸렌 카르보네이트 (노볼라이트, 1.20 g)와 혼합하고, 생성된 용매 혼합물을 고형물이 모두 용해될 때까지 진탕하였다. 2 mL GC 바이알 (오븐 건조됨)에, LiPF6 (0.228 g, 노볼라이트)를 첨가한 다음, 1.5 mL의 용매 혼합물을 첨가하였다. 생성된 혼합물의 순중량은 2.19 g이었다. 고형물이 모두 용해될 때까지 혼합물을 진탕하였다. 1.0 g의 이러한 혼합물에, 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온 (10 mg, 중국 상하이 소재의 롱켐, 진공 증류에 의해 정제됨)을 첨가하였다. 생성된 비수성 전해질 조성물을 진탕하고 드라이-박스 내에 보관하였다.Methyl 2,2-difluoroethyl carbonate (10.0 g) was dried with 4A molecular sieves (1.0 g) overnight and then further dried overnight with 4A molecular sieves (1.0 g). The dried methyl 2,2-difluoroethyl carbonate was then filtered through a PTFE filter plate using a syringe. The filtered material (2.80 g) was mixed with ethylene carbonate (novolol, 1.20 g) and the resulting solvent mixture was shaken until all of the solids had dissolved. To a 2 mL GC vial (oven-dried) was added LiPF 6 (0.228 g, Nobolite) and then 1.5 mL of the solvent mixture was added. The net weight of the resulting mixture was 2.19 g. The mixture was shaken until all of the solids had dissolved. To 1.0 g of this mixture was added 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (10 mg, Longchem, Shanghai, China, purified by vacuum distillation). The resulting non-aqueous electrolyte composition was shaken and stored in a dry-box.

메틸 2,2-다이플루오로아세테이트, 에틸렌 카르보네이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물의 제조Preparation of non-aqueous electrolyte compositions comprising methyl 2,2-difluoroacetate, ethylene carbonate and fluoroethylene carbonate additives

신퀘스트로부터 입수한, 메틸 2,2-다이플루오로아세테이트 (HCF2C(O)OCH3)를 스피닝 밴드 컬럼 증류에 의해 2회 정제하여, 화염 이온화 검출기를 사용하는 기체 크로마토그래피에 의해 측정할 때, 99.9% 순도를 얻었다. 정제된 메틸 2,2-다이플루오로아세테이트 (10.0 g)를 4A 분자체 (1.0 g)로 하룻밤 건조하고, 이어서, 4A 분자체 (1.0 g)로 하룻밤 추가로 건조하였다. 이어서, 건조된, 정제된 메틸 2,2-다이플루오로아세테이트를, 주사기를 사용하여 PTFE 필터 플레이트로 여과하였다. 여과된 물질 (2.80 g)을 에틸렌 카르보네이트 (노볼라이트, 1.20 g)와 혼합하고, 생성된 용매 혼합물을 고형물이 모두 용해될 때까지 진탕하였다. 2 mL GC 바이알 (오븐 건조됨)에, LiPF6 (0.228 g, 노볼라이트)를 첨가한 다음, 1.5 mL의 용매 혼합물을 첨가하였다. 생성된 혼합물의 순중량은 2.15 g이었다. 고형물이 모두 용해될 때까지 혼합물을 진탕하였다. 1.0 g의 혼합물에, 4-플루오로-1,3-다이옥솔란-2-온 (10 mg, 중국 상하이 소재의 롱켐, 진공 증류에 의해 정제됨)을 첨가하였다. 생성된 비수성 전해질 조성물을 진탕하고 드라이-박스 내에 보관하였다.Methyl 2,2-difluoroacetate (HCF 2 C (O) OCH 3 ), obtained from Shinquest, is purified twice by spinning band column distillation and is determined by gas chromatography using a flame ionization detector , 99.9% purity was obtained. Purified methyl 2,2-difluoroacetate (10.0 g) was dried with 4A molecular sieves (1.0 g) overnight and then further dried with 4A molecular sieves (1.0 g) overnight. The dried, purified methyl 2,2-difluoroacetate was then filtered through a PTFE filter plate using a syringe. The filtered material (2.80 g) was mixed with ethylene carbonate (novolol, 1.20 g) and the resulting solvent mixture was shaken until all of the solids had dissolved. To a 2 mL GC vial (oven-dried) was added LiPF 6 (0.228 g, Nobolite) and then 1.5 mL of the solvent mixture was added. The net weight of the resulting mixture was 2.15 g. The mixture was shaken until all of the solids had dissolved. Fluoro-l, 3-dioxolan-2-one (10 mg, Longchem, Shanghai, China, purified by vacuum distillation) was added to a mixture of 1.0 g. The resulting non-aqueous electrolyte composition was shaken and stored in a dry-box.

2,2,3,3-테트라플루오로프로필 아세테이트 (CH2,2,3,3-tetrafluoropropylacetate (CH 33 C(O)OCHC (O) OCH 22 CFCF 22 CFCF 22 H)의 합성H)

질소 보호 하에, 아세틸 클로라이드 (94.2 g, 시그마-알드리치)를, 자석 교반이 구비되고 얼음/물 조를 사용하여 냉각되는, 오븐 건조된 0.5 L 둥근바닥 플라스크 내의 2,2,3,3-테트라플루오로프로판올 (132.0 g, 97%, 신퀘스트)에 시린지 펌프를 통해 3시간의 기간에 걸쳐 천천히 첨가하였다. 플라스크를, 튜브를 통해 10% NaOH 용액 트랩에 연결하여, 발생된 HCl 기체를 포획하였다 (깔때기를 사용하여, NaOH 용액이 다시 시스템 내로 흡입되는 것을 막았다). 이 혼합물을 실온에서 하룻밤 교반하였다. NMR 분석을 위해 샘플을 취하였고 2,2,3,3-테트라플루오로프로판올이 검출되었다. 아세틸 클로라이드 (0.6 g)를 혼합물에 첨가하고, 혼합물을 실온에서 2시간 동안 교반하였다. NMR 분석은 2,2,3,3-테트라플루오로프로판올이 존재하지 않음을 나타내었다. 혼합물을 25 mL 분량의 10% Na2CO3로 5회 세척하고, 이어서, 25 mL의 물로 세척한 다음, 25 mL의 염수로 세척하였다. 생성된 혼합물을 무수 MgSO4 (20 g)로 하룻밤 건조하고, 이어서, 5 g의 4A 분자체로 2회 추가로 건조하였다. 얻어진 조 생성물을 스피닝 밴드 컬럼 증류에 의해 정제하였다. 순수한 물질 (82.7 g)을 얻었고 전해질 조성물을 위해 사용하였다.Under nitrogen protection, acetyl chloride (94.2 g, Sigma-Aldrich) was added dropwise to a stirred solution of 2,2,3,3-tetrafluoro-2-methylpropane in an oven dried 0.5 L round bottomed flask equipped with magnetic stirrer and ice / Was slowly added to propanol (132.0 g, 97%, Shinquest) via a syringe pump over a period of 3 hours. The flask was connected via a tube to a 10% NaOH solution trap to capture the generated HCl gas (using a funnel, the NaOH solution was prevented from being sucked into the system again). The mixture was stirred at room temperature overnight. A sample was taken for NMR analysis and 2,2,3,3-tetrafluoropropanol was detected. Acetyl chloride (0.6 g) was added to the mixture and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. NMR analysis indicated that 2,2,3,3-tetrafluoropropanol was not present. The mixture was washed 5 times with 25 mL portions of 10% Na 2 CO 3 , then with 25 mL of water, then with 25 mL of brine. The resulting mixture was dried over anhydrous MgSO 4 (20 g) overnight and then further dried twice with 5 g of 4A molecular sieve. The resulting crude product was purified by spinning band column distillation. Pure material (82.7 g) was obtained and used for the electrolyte composition.

2,2,3,3-테트라플루오로프로필 아세테이트 및 에틸렌 카르보네이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물의 제조Preparation of a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2,3,3-tetrafluoropropylacetate and ethylene carbonate

2,2,3,3-테트라플루오로프로필 아세테이트 (10.0 g)를 4A 분자체 (1.0 g)로 하룻밤 건조하고, 이어서 주사기를 사용하여 PTFE 필터 플레이트로 여과하였다. 건조되고 여과된 물질 (2.80 g)을 에틸렌 카르보네이트 (노볼라이트, 1.20 g)와 혼합하고, 생성된 용매 혼합물을 고형물이 모두 용해될 때까지 진탕하였다. 2 mL GC 바이알 (오븐 건조됨)에, LiPF6 (0.076 g, 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 노볼라이트)를 첨가한 다음, 1.0 mL의 용매 혼합물을 첨가하였다. 생성된 혼합물의 순중량은 1.42 g이었다. 고형물이 모두 용해될 때까지 혼합물을 진탕하였다. 생성된 비수성 전해질 조성물을, 주사기를 사용하여 PTFE 필터 플레이트로 여과하고, 이어서, 드라이-박스 내에 보관하였다.2,2,3,3-Tetrafluoropropylacetate (10.0 g) was dried with 4A molecular sieves (1.0 g) overnight and then filtered through a PTFE filter plate using a syringe. The dried and filtered material (2.80 g) was mixed with ethylene carbonate (novolol, 1.20 g) and the resulting solvent mixture was shaken until all of the solids had dissolved. To a 2 mL GC vial (oven-dried) was added LiPF 6 (0.076 g, Novolite, Cleveland, Ohio) followed by 1.0 mL of the solvent mixture. The net weight of the resulting mixture was 1.42 g. The mixture was shaken until all of the solids had dissolved. The resulting non-aqueous electrolyte composition was filtered through a PTFE filter plate using a syringe and then stored in a dry-box.

메틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 카르보네이트 (CHMethyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate (CH 33 OC(O)OCHOC (O) OCH 22 CFCF 22 CFCF 22 H)의 합성H)

질소 보호 하에, 클로로포르메이트 (113.4 g, 시그마-알드리치)를, 오버헤드 교반이 구비되고 수조를 사용하여 냉각되는, 오븐 건조된, 2 L 3구 플라스크 내의 2,2,3,3-테트라플루오로프로판올 (132.0 g, 97%, 신퀘스트), 피리딘 (94.9 g, 무수, 시그마-알드리치), 및 다이클로로메탄 (0.80 L, 무수, 이엠디 케미칼스)의 용액에 시린지 펌프를 통해 3시간의 기간에 걸쳐 천천히 첨가하였다. 생성된 혼합물을 하룻밤 실온에서 교반하였다. NMR 분석을 위해 샘플을 취하였고, 이러한 분석에서는 2,2,3,3-테트라플루오로프로판올이 검출되지 않은 것으로 나타났다. 혼합물을 여과하고 생성된 여과액을 100 mL의 10% HCl로 세척한 다음, 50 mL 분량의 10% HCl로 2회 세척하였다. NMR 분석에서 피리딘이 검출된 것으로 나타났다. 혼합물을 50 mL의 10% HCl로 다시 세척하였고, NMR 분석에서는 피리딘이 검출되지 않은 것으로 나타났다. 혼합물을 50 mL의 5% Na2CO3로 세척한 다음, 100 mL의 염수로 세척하였다. 유기 층을 무수 MgSO4 (50 g)로 2시간 동안 건조하고, 이어서, 분자체 (4A, 50 g)로 하룻밤 건조하였다. 건조된 유기 층을 회전증발시켜 다이클로로메탄을 제거하였다. 얻어진 조 생성물을 스피닝 밴드 컬럼 증류에 의해 정제하였다. 순수한 물질 (96.0 g)을 얻었고 전해질 조성물을 위해 사용하였다.Under nitrogen protection, chloroformate (113.4 g, Sigma-Aldrich) was added to an oven-dried, 2 L, 3-necked flask equipped with overhead stirring and cooling with a water bath, Was added to a solution of propanol (132.0 g, 97%, SynQuest), pyridine (94.9 g, anhydrous, Sigma-Aldrich) and dichloromethane (0.80 L, Lt; / RTI &gt; The resulting mixture was stirred overnight at room temperature. A sample was taken for NMR analysis, and in this analysis, 2,2,3,3-tetrafluoropropanol was not detected. The mixture was filtered and the resulting filtrate was washed with 100 mL of 10% HCl and then twice with 50 mL portions of 10% HCl. NMR analysis showed pyridine to be detected. The mixture was washed again with 50 mL of 10% HCl, and NMR analysis showed no pyridine detected. The mixture was washed with 50 mL of 5% Na 2 CO 3 and then with 100 mL of brine. The organic layer was dried with anhydrous MgSO 4 (50 g) for 2 hours and then dried with molecular sieves (4A, 50 g) overnight. The dried organic layer was rotary evaporated to remove dichloromethane. The resulting crude product was purified by spinning band column distillation. Pure material (96.0 g) was obtained and used for the electrolyte composition.

메틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 카르보네이트, 및 에틸렌 카르보네이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물의 제조Preparation of a non-aqueous electrolyte composition comprising methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate, and ethylene carbonate

메틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 카르보네이트 (10.0 g)를 4A 분자체 (1.0 g)로 하룻밤 건조하였다. 이어서, 건조된 메틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 카르보네이트를, 주사기를 사용하여 PTFE 필터 플레이트로 여과하였다. 건조되고 여과된 물질 (2.80 g)을 에틸렌 카르보네이트 (노볼라이트, 1.20 g)와 혼합하고, 생성된 용매 혼합물을 고형물이 모두 용해될 때까지 진탕하였다. 2 mL GC 바이알 (오븐 건조됨)에, LiPF6 (0.076 g, 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 노볼라이트)를 첨가한 다음, 1.0 mL의 용매 혼합물을 첨가하였다. 생성된 혼합물의 순중량은 1.43 g이었다. 고형물이 모두 용해될 때까지 혼합물을 진탕하였다. 생성된 비수성 전해질 조성물을, 주사기를 사용하여 PTFE 필터 플레이트로 여과하고, 이어서, 드라이-박스 내에 보관하였다.Methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate (10.0 g) was dried overnight with 4A molecular sieves (1.0 g). The dried methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate was then filtered through a PTFE filter plate using a syringe. The dried and filtered material (2.80 g) was mixed with ethylene carbonate (novolol, 1.20 g) and the resulting solvent mixture was shaken until all of the solids had dissolved. To a 2 mL GC vial (oven-dried) was added LiPF 6 (0.076 g, Novolite, Cleveland, Ohio) followed by 1.0 mL of the solvent mixture. The net weight of the resulting mixture was 1.43 g. The mixture was shaken until all of the solids had dissolved. The resulting non-aqueous electrolyte composition was filtered through a PTFE filter plate using a syringe and then stored in a dry-box.

LiMnLiMn 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지(Half Cell)의 제작/ Li Production of Half Cell

상기에 기술된 바와 같이 제조된 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 캐소드, 셀가드(Celgard)(등록상표) 분리막 2325 (미국 노스캐롤라이나주 샬롯 소재의 셀가드, 엘엘씨.(Celgard, LLC.)), 리튬 포일 애노드 (0.75 mm 두께) 및 수 방울의 관심 비수성 전해질 조성물을 2032 스테인리스 강 코인 전지 캔 (일본 소재의 호센 코포레이션(Hohsen Corp.)) 내에 개재시켜 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4/Li 반전지를 형성하였다.LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 cathode prepared as described above, Celgard TM separator 2325 (Celgard, LLC, Celgard, Charlotte, North Carolina) , Li foil anode (0.75 mm thick) and several drops of the non-aqueous electrolyte composition of interest were placed in a 2032 stainless steel coin battery can (Hohsen Corp., Japan) to form LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li Thereby forming a half-cell.

LiMnLiMn 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li/ Li 44 TiTi 55 OO 1212 온전지(Full Cell)의 제작 Manufacture of full cell

상기에 기술된 바와 같이 제조된 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 캐소드, 셀가드(등록상표) 분리막 2325 (미국 노스캐롤라이나주 샬롯 소재의 셀가드, 엘엘씨), Li4Ti5O12 애노드 (미국 캘리포니아주 헤이워드 소재의 파라시스 에너지 인크.), 및 수 방울의 관심 비수성 전해질 조성물을 2032 스테인리스 강 코인 전지 캔 내에 개재시켜 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4/Li4Ti5O12 온전지를 형성하였다.LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 cathode prepared as described above, Celgard TM separator 2325 (Celgard, ELS, Charlotte, NC), Li 4 Ti 5 O 12 anode And a few drops of a non-aqueous electrolyte composition of interest were placed in a 2032 stainless steel coin battery can to form LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 hot cells .

실시예 1Example 1

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMnLiMn &lt; / RTI &gt; having a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 실온 사이클링 성능/ CI room temperature cycling performance of Li battery

상기한 바와 같이 제조된, 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4/Li 반전지를 0.2 C 방전율(C rate) 및 25℃에서 3.5 내지 4.95 V 사이에서 사이클링시켰다. 사이클링 성능 데이터가 도 1에 나타나있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지는 실온에서 100 사이클 후 용량 유지율(capacity retention)이 96%이다.LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li half- cell was prepared as described above using the non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate prepared as described above. These LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li halides were cycled between 0.2 C discharge rate (C rate) and 3.5 to 4.95 V at 25 캜. Cycling performance data is shown in FIG. As can be seen from the figure, the LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li reversed cell with a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate has a capacity retention after 100 cycles at room temperature 96%.

실시예 2Example 2

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMnLiMn with non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate and fluoroethylene carbonate 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 실온 사이클링 성능/ CI room temperature cycling performance of Li battery

상기한 바와 같이 제조된, 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 0.2 C 방전율 및 25℃에서 3.5 내지 4.95 V 사이에서 사이클링시켰다.Using the non-aqueous electrolyte composition comprising the 2,2-difluoroethyl acetate and fluoro ethylene carbonate additives prepared as described above, LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li Inversion Lt; / RTI &gt; These LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li halides were cycled between 0.2 C discharge rate and 3.5 to 4.95 V at 25 캜.

사이클링 성능 데이터가 도 2에 나타나있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지는 실온에서 80 사이클 후 용량 유지율이 98%였다.Cycling performance data is shown in FIG. As can be seen from the figure, a LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li antipode having a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate and a fluoroethylene carbonate additive was subjected to 80 cycles at room temperature The post-capacity retention rate was 98%.

비교예 3Comparative Example 3

표준 EC/EMC 전해질을 갖는 LiMnLiMn with standard EC / EMC electrolyte 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 실온 사이클링 성능/ CI room temperature cycling performance of Li battery

30:70의 부피비의 에틸 카르보네이트 (EC)/에틸 메틸 카르보네이트 (EMC) 및 1 M LiPF6 (미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 노볼라이트)을 함유하는 표준 전해질을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 제조하였다. 이러한 반전지를 0.2 C 방전율 및 25℃에서 3.5 내지 4.95 V 사이에서 사이클링시켰다.Using a standard electrolyte containing ethyl carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) in a volume ratio of 30:70 and 1 M LiPF 6 (Novolite, Cleveland, OH, USA) LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li battery. This half-cell was cycled between 0.2 C discharge rate and 3.5 to 4.95 V at 25 캜.

사이클링 성능 데이터가 도 3에 나타나있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 표준 EC/EMC 전해질을 갖는 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지는 실온에서 100 사이클 후 용량 유지율이 98%였다.The cycling performance data is shown in Fig. As can be seen from the figure, the capacity maintenance ratio of LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li with a standard EC / EMC electrolyte after 100 cycles at room temperature was 98%.

실시예 4Example 4

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMnLiMn &lt; / RTI &gt; having a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 고온 사이클링 성능High cycling performance of Li / Li battery

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 0.5 C 방전율 및 55℃에서 3.5 내지 4.95 V 사이에서 사이클링시켰다.A non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate was used to prepare a LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li battery as described above. These LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li halides were cycled between 0.5 C discharge rate and 3.5 to 4.95 V at 55 占 폚.

사이클링 성능 데이터가 도 4에 나타나있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li반전지는 55℃에서 100 사이클 후 용량 유지율이 97%였다.The cycling performance data is shown in FIG. As can be seen from the figure, the LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li reversed cell having a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate had a capacity retention rate of 97% after 100 cycles at 55 ° C .

실시예 5Example 5

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMnLiMn with non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate and fluoroethylene carbonate 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 고온 사이클링 성능High cycling performance of Li / Li battery

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 0.5 C 방전율 및 55℃에서 3.5 내지 4.95 V 사이에서 사이클링시켰다.A non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate and a fluoroethylene carbonate additive was used to prepare a LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li battery as described above. These LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li halides were cycled between 0.5 C discharge rate and 3.5 to 4.95 V at 55 占 폚.

사이클링 성능 데이터가 도 5에 나타나있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지는 55℃에서 100 사이클 후 용량 유지율이 99%였다.The cycling performance data is shown in Fig. As can be seen from the figure, a LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li reversed cell having a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate and a fluoroethylene carbonate additive was added at 55 The capacity retention rate after the cycle was 99%.

비교예 6Comparative Example 6

표준 EC/EMC 전해질을 갖는 LiMnLiMn with standard EC / EMC electrolyte 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 고온 사이클링 성능High cycling performance of Li / Li battery

표준 EC/EMC 전해질을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지를 0.5 C 방전율 및 55℃에서 3.5 내지 4.95 V 사이에서 사이클링시켰다.Using a standard EC / EMC electrolyte, a LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li battery was prepared as described above. These LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li halides were cycled between 0.5 C discharge rate and 3.5 to 4.95 V at 55 占 폚.

사이클링 성능 데이터가 도 6에 나타나있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 표준 EC/EMC 전해질을 갖는 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지는 55℃에서 100 사이클 후 용량 유지율이 단지 39%였다.The cycling performance data is shown in Fig. As can be seen, the LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li reversed cell with standard EC / EMC electrolyte had a capacity retention rate of only 39% after 100 cycles at 55 ° C.

실시예 7Example 7

다양한 전해질을 갖는LiMnLiMn with various electrolytes 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 전기화학 임피던스 분광학/ Li Electrochemical Impedance Spectroscopy of Semiconductors

상이한 전해질을 갖는 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 /Li 반전지의 전기화학 임피던스 분광학 (EIS) 연구 (표 1 참조)를, 55℃에서 100 사이클 후에 100% SOC (즉, 완전히 충전됨)에서 행하였다. 주파수는 105 Hz 내지 10-3 Hz 범위였다. AC 전압 진폭은 10 mV였다.Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) studies of LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li semiconductors with different electrolytes (see Table 1) were performed at 100% SOC (ie, fully charged) after 100 cycles at 55 ° C . The frequency was in the range of 10 5 Hz to 10 -3 Hz. The AC voltage amplitude was 10 mV.

생성된 EIS 스펙트럼이 도 7a (실시예 1 반전지), 도 7b (실시예 2 반전지), 및 도 7c (실시예 3 반전지)에 나타나있으며, 결과가 표 1에 요약되어 있다. 표의 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, SEI 저항 (Rs) 및 전하 이동 저항 (Rct)은, 표준 EC/EMC 전해질을 갖는 반전지 (비교예 3, 반전지)에 대해서 보다, 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 반전지 (실시예 1 반전지) 및 2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 반전지 (실시예 2 반전지)에 대해서 유의하게 더 낮았다. 이러한 결과는 플루오르화된 성분을 함유하는 비수성 전해질 조성물이 SEI 발현을 억제하였으며 승온 (55℃)에서의 표면 전하 이동 동력학을 유의하게 개선하였음을 나타낸다.The resulting EIS spectrum is shown in Fig. 7A (Example 1, Half), Fig. 7B (Example 2), and Fig. 7C (Half Example 3), and the results are summarized in Table 1. As can be seen from the data in the table, the SEI resistance Rs and the charge transfer resistance Rct were higher than those of the secondary EC / EMC electrolyte (Comparative Example 3, Having a non-aqueous electrolyte composition comprising ethyl acetate (Example 1) and a non-aqueous electrolyte composition containing 2,2-difluoroethyl acetate and a fluoroethylene carbonate additive (Example 2, half-cell). These results indicate that the non-aqueous electrolyte composition containing the fluorinated component inhibited SEI expression and significantly improved surface charge mobility at elevated temperature (55 &lt; 0 &gt; C).

Figure pct00001
Figure pct00001

실시예 8Example 8

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMnLiMn with non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate and fluoroethylene carbonate 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li/ Li 44 TiTi 55 OO 1212 온전지의 고온 사이클링 성능 High temperature cycling performance of on-cell

2,2-다이플루오로에틸 아세테이트 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4/Li4Ti5O12 온전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4/Li4Ti5O12 온전지를 0.5 C 방전율 및 55℃에서 1.95 내지 3.4 V 사이에서 사이클링시켰다.LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 hot cells as described above were prepared using a non-aqueous electrolyte composition comprising 2,2-difluoroethyl acetate and a fluoroethylene carbonate additive. Respectively. This LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 hot cell was cycled between 0.5 C discharge rate and 1.95 to 3.4 V at 55 ° C.

사이클링 성능이 도 8에 나타나있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4/Li4Ti5O12 온전지는 55℃에서 100 사이클 후 용량 유지율이 94.8%였다.The cycling performance is shown in FIG. As can be seen from the figure, the LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 battery had a capacity retention rate of 94.8% after 100 cycles at 55 ° C.

비교예 9Comparative Example 9

표준 EC/EMC 전해질을 갖는 LiMnLiMn with standard EC / EMC electrolyte 1.51.5 NiNi 0.50.5 OO 44 /Li/ Li 44 TiTi 55 OO 1212 온전지의 고온 사이클링 성능 High temperature cycling performance of on-cell

표준 에틸 카르보네이트 (EC)/에틸 메틸 카르보네이트 (EMC) 전해질을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.5O4/Li4Ti5O12 온전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.5O4/Li4Ti5O12 온전지를 0.5 C 방전율 및 55℃에서 1.95 내지 3.4 V 사이에서 사이클링시켰다.LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 hot cells were prepared as described above using standard ethyl carbonate (EC) / ethyl methyl carbonate (EMC) electrolytes. These LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 batteries were cycled between 0.5 C discharge rate and 1.95 to 3.4 V at 55 ° C.

사이클링 성능이 도 9에 나타나있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 표준 전해질을 갖는 LiMn1.5Ni0.5O4/Li4Ti5O12 온전지에 대해서는 55℃에서 100 사이클 후에 단지 61.9%의 용량 유지율이 관찰되었다.The cycling performance is shown in Fig. As can be seen in the figure, for the LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 on cell with a standard electrolyte, only 61.9% capacity retention was observed after 100 cycles at 55 ° C.

실시예 10Example 10

CHCH 33 OCOOCO 22 CHCH 22 CFCF 22 H:EC (70:30) 및 플루오로에틸렌 카르보네이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMnLiMn with a non-aqueous electrolyte composition comprising H: EC (70:30) and fluoroethylene carbonate 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 고온 사이클링 성능High cycling performance of Li / Li battery

CH3OCO2CH2CF2H:EC (70:30) 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제 (1%)를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 / Li 반전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 / Li 반전지를 60 mA/g에서 55℃에서 3.5 V 내지 4.95 V 사이에서 사이클링시켰다.Using a non-aqueous electrolyte composition comprising CH 3 OCO 2 CH 2 CF 2 H: EC (70:30) and a fluoroethylene carbonate additive (1%), LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li &lt; / RTI &gt; This LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li halide was cycled between 55 and 3.5 V to 4.95 V at 60 mA / g.

사이클링 성능 데이터가 도 10에 나타나있다. 55℃에서 100 사이클 후 용량 유지율은 98%만큼 높았으며, 이는 캐소드/플루오르화된 전해질 조합이 매우 우수한 고온 사이클링 성능을 가짐을 나타낸다.The cycling performance data is shown in Fig. The capacity retention after 100 cycles at 55 캜 was as high as 98%, indicating that the cathode / fluorinated electrolyte combination had very good hot cycling performance.

비교예 11Comparative Example 11

CFCF 22 HCOHCO 22 CHCH 33 :EC (70:30) 및 플루오로에틸렌 카르보네이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMn: EC (70:30) and a non-aqueous electrolyte composition comprising fluoroethylene carbonate 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li 반전지의 고온 사이클링 성능High cycling performance of Li / Li battery

CF2HCO2CH3:EC (70:30) 및 플루오로에틸렌 카르보네이트 첨가제 (1%)를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 사용하여, 상기한 바와 같이 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 / Li 반전지를 제조하였다. 이러한 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 / Li 반전지를 60 mA/g에서 55℃에서 3.5 V 내지 4.95 V 사이에서 사이클링시켰다.Using a non-aqueous electrolyte composition comprising CF 2 HCO 2 CH 3 : EC (70:30) and fluoroethylene carbonate additive (1%), LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li A half-cell was fabricated. This LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li halide was cycled between 55 and 3.5 V to 4.95 V at 60 mA / g.

사이클링 성능 데이터가 도 11에 나타나있다. 55℃에서 100 사이클 후 용량 유지율은 단지 23%였고, 이는 이러한 캐소드/플루오르화된 전해질 조합이 매우 불량한 고온 사이클링 성능을 가짐을 나타낸다.Cycling performance data is shown in Fig. The capacity retention after 100 cycles at 55 占 폚 was only 23%, indicating that this cathode / fluorinated electrolyte combination has very poor high temperature cycling performance.

실시예 12 내지 실시예 22Examples 12 to 22

다양한 플루오르화된 용매를 포함하는 비수성 전해질 조성물을 갖는 LiMnLiMn &lt; / RTI &gt; having a non-aqueous electrolyte composition comprising a variety of fluorinated solvents 1.51.5 NiNi 0.50.5 OO 44 /Li/ Li 44 TiTi 55 OO 1212 온전지의 고온 사이클링 성능 High temperature cycling performance of on-cell

제조에 대한 하기 설명이 하기 실시예에서 전형적으로 사용된다.The following description of the preparation is typically used in the following examples.

LiMnLiMn 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 캐소드 활물질의 제조 Preparation of cathode active material

철-도핑된 LiMn1.5Ni0.5O4를 리우 등 (문헌[J. Phys. Chem. C 113, 15073-15079, 2009])에 의해 기술된 수산화물 전구체 방법에 의해 합성하였다. 이러한 제조에서는, 401 g의 망간 (II) 아세테이트 테트라하이드레이트 (시그마-알드리치), 115 g의 니켈 (II) 아세테이트 테트라하이드레이트 (시그마-알드리치) 및 15.2 g의 무수 철 (II) 아세테이트 (미국 매사추세츠주 워드 힐 소재의 알파 에이사(Alfa Aesar))를 저울에서 칭량하고, 이어서, 5 L의 탈이온수에 용해하여 아세테이트 용액을 제조하였다. 30 L 반응기에서 KOH 펠렛을 10 L의 탈이온수에 용해하여, 3.0 M 용액을 생성하였다. 아세테이트 용액을 첨가 깔때기로 옮기고, 교반되는 반응기 내로 재빨리 적하하여, 혼합 수산화물 물질을 침전시켰다. 일단 5 L의 아세테이트 용액을 모두 반응기에 첨가하였으면, 1시간 동안 교반을 계속하였다. 이어서, 교반을 중지하고, 하룻밤 수산화물 침전물이 가라앉게 두었다. 가라앉힌 후에, 반응기로부터 액체를 제거하고 15 L의 신선한 탈이온수를 첨가하였다. 반응기의 내용물을 교반하고, 다시 가라앉히고, 액체를 제거하였다. 이러한 헹굼 과정을 반복하였다. 이어서, 침전물을 다크론(Dacron)(등록상표) 종이로 덮인 2개 (고르게 분할)의 거친 유리 프릿 여과 깔때기로 옮겼다. 수집된 고형물을 여과액 pH가 6.0 (탈이온 헹굼수의 pH)에 도달할 때까지 탈이온수로 헹구고, 추가로 20 L의 탈이온수를 각각의 필터 케이크에 첨가하였다. 마지막으로, 케이크를 진공 오븐에서 하룻밤 120℃에서 건조하였다. 이 시점에서의 수율은 전형적으로 80 내지 90%였다.Iron-doped LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 was synthesized by the hydroxide precursor method described by Liu et al. ( J. Phys. Chem. C 113, 15073-15079, 2009). In this preparation, 401 g of manganese (II) acetate tetrahydrate (Sigma-Aldrich), 115 g of nickel (II) acetate tetrahydrate (Sigma-Aldrich) and 15.2 g of anhydrous iron (II) acetate (Alfa Aesar, Hill, Mass.) Were weighed on a balance and subsequently dissolved in 5 L of deionized water to prepare an acetate solution. In a 30 L reactor, KOH pellets were dissolved in 10 L of deionized water to form a 3.0 M solution. The acetate solution was transferred to the addition funnel and quickly dripped into the stirred reactor to precipitate the mixed hydroxide material. Once all of the 5 L of acetate solution had been added to the reactor, stirring was continued for 1 hour. Stirring was then stopped and the hydroxide precipitate was allowed to settle overnight. After submerging, the liquid was removed from the reactor and 15 L fresh deionized water was added. The contents of the reactor were agitated, resuspended, and the liquid removed. The rinsing process was repeated. The precipitate was then transferred to two (evenly divided) rough glass frit filtration funnels covered with Dacron (R) paper. The collected solids were rinsed with deionized water until the filtrate pH reached 6.0 (pH of the deionized rinse water) and an additional 20 L of deionized water was added to each filter cake. Finally, the cake was dried in a vacuum oven at 120 &lt; 0 &gt; C overnight. The yield at this point was typically 80-90%.

이어서, 수산화물 침전물 필터 케이크를 분쇄하고 리튬 카르보네이트와 혼합하였다. 이 단계는 프리취 풀버리세트(Fritsch Pulverisette) 자동화 막자 및 막자사발(automated mortar and pestle)(미국 뉴욕주 고센 소재의 프리취 유에스에이(Fritsch USA))을 사용하여 60 g 배치(batch)에서 행하였다. 각각의 배치에 대해, 수산화물 침전물을 칭량하고, 이어서, 풀버리세트에서 5분 동안 단독으로 분쇄하였다. 이어서, 화학량론적 양 + 약간의 초과량의 리튬 카르보네이트를 시스템에 첨가하였다. 53 g의 수산화물에 대해, 11.2 g의 리튬 카르보네이트를 첨가하였다. 10 내지 15분마다 중지시켜 날카로운 금속 스페츌러로 막자 및 막자사발의 표면으로부터 물질을 긁어내면서 총 60분 동안 분쇄를 계속하였다. 습기로 인해 물질이 덩어리를 형성하는 경우, 분쇄 동안 1회 40 메시 스크린을 통해 체질하고, 이어서 다시 후속 분쇄하였다.The hydroxide precipitate filter cake was then pulverized and mixed with lithium carbonate. This step was performed in a 60 g batch using a Fritsch Pulverisette automated pestle and an automated mortar and pestle (Fritsch USA, Goshen, New York) . For each batch, the hydroxide precipitate was weighed and then ground alone in a pull burry set for 5 minutes. Subsequently, a stoichiometric amount plus a slight excess of lithium carbonate was added to the system. For 53 g of hydroxide, 11.2 g of lithium carbonate was added. Every 10 to 15 minutes, the milling was continued for a total of 60 minutes, scraping off the material from the surface of the pestle and mulch bowl with a sharp metal spatulaer. If the material forms agglomerates due to moisture, it is sieved through a 40 mesh screen once during milling and then subsequently milled again.

분쇄된 물질을 에어 박스 퍼니스(air box furnace)에서 얕은 직사각형 알루미나 트레이 내에서 소성하였다. 트레이는 크기가 158 mm x 69 mm였고, 각각이 약 60 g의 물질을 수용하였다. 소성 절차는, 15시간 만에 실온으로부터 900℃까지 증가시키고, 900℃에서 12시간 동안 유지하고, 이어서 15시간 만에 실온까지 냉각하는 것으로 이루어졌다.The pulverized material was calcined in a shallow rectangular alumina tray in an air box furnace. The trays were 158 mm x 69 mm in size, each containing about 60 g of material. The firing procedure consisted of increasing the temperature from room temperature to 900 ° C in 15 hours, maintaining the temperature at 900 ° C for 12 hours, and then cooling to room temperature in 15 hours.

LiMnLiMn 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 캐소드의 제조 Manufacture of cathode

상기한 바와 같이 제조된 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4 스피넬 캐소드 물질을 사용하여 캐소드를 제조하였다. NMP 중 폴리비닐리덴 플루오라이드의 12% 용액 (KFL #1120, 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 쿠레하 아메리카 코포레이션(Kureha America Corp))으로서 결합제를 입수하였다. 플루오로중합체 캡을 갖는 15 mL 바이알에서 카본 블랙 (0.260 g, 아세틸렌 블랙, 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 덴카 코포레이션, 비압축), 3.88 g의 NMP, 및 PVDF 용액 (2.16 g)을 조합하고, 씽키 ARE-310 원심분리기 (일본 소재의 씽키 코포레이션)를 사용하여 2,000 rpm에서 각각 1분 동안 3회 원심 혼합하였다. 막자 및 막자사발을 사용하여 대략 1시간 동안 캐소드 물질(2.08 g)을 분쇄하였다. 이어서, 캐소드 물질 및 0.70 g의 NMP를 바이알에 첨가하고 혼합물을 2000 rpm에서 각각 1분 동안 3회 다시 원심 혼합하여, 캐소드 페이스트를 형성하였다. 페이스트의 총 중량은 9.08 g (28.6% 고형물)이었다. 바이알을 얼음조에 탑재하고, 회전자-고정자(rotor-stator) (모델 PT 10-35 GT, 7.5 mm 직경 고정자, 미국 뉴욕주 보헤미아 소재의 키네마티시아(Kinematicia))를 사용하여 6500 rpm에서 각각 15분 동안 2회 균질화하고, 이어서, 9500 rpm에서 각각 15분 동안 2회 더 균질화하였다. 4회의 균질화 기간 각각의 사이에, 균질화기를 페이스트 바이알 내의 다른 위치로 이동시켰다. 게이트 높이가 0.25 mm인 닥터 블레이드를 사용하여, 미처리 알루미늄 포일 상에 페이스트를 캐스팅하고, 진공 오븐에서 15분 동안 100℃에서 건조하였다. 생성된 50 mm 폭의 캐소드를 125 μm 두께의 황동 시트 상에 배치하고 37 μm 두께 및 38 mm 폭의 황동 심(shim) 스트립 2개를 캐소드의 양편에 배치하여 캘린더(calender)에서의 간극 두께를 조절하는 데 도움을 주었다. 캐소드 및 심을 125 μm 두께의 제2 황동 시트로 덮고, 주위 온도에서 100 mm 직경 강 롤을 사용하여 각각 5.49 및 이어서 6.67 kN (560 및 이어서 680 kg)의 닙 힘으로 조립체를 캘린더에 2회 통과시켰다. 평균 캐소드 두께를 캘린더링 전 67 μm로부터 45 μm로 감소시켰다. 닥터 블레이드의 게이트 높이를 0.29 mm로 증가시키고 캐소드를 건조한 점을 제외하고는, 유사한 방식으로 추가의 캐소드를 제조하였다.The cathode was prepared using the LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 spinel cathode material prepared as described above. A binder was obtained as a 12% solution of polyvinylidene fluoride in NMP (KFL # 1120, Kureha America Corp, New York, NY). (0.260 g, acetylene black, Denka Corporation, New York, NY, uncompressed), 3.88 g NMP, and PVDF solution (2.16 g) were combined in a 15 mL vial having a fluoropolymer cap and Sinky ARE And centrifuged three times for 3 minutes each at 2,000 rpm using a -310 centrifugal separator (ThinkK Corporation, Japan). The cathode material (2.08 g) was milled for approximately 1 hour using a mortar and mortar. Then, the cathode material and 0.70 g of NMP were added to the vial and the mixture was centrifuged again three times for 1 minute each at 2000 rpm to form a cathode paste. The total weight of the paste was 9.08 g (28.6% solids). The vials were mounted in an ice bath and placed at 6500 rpm using a rotor-stator (model PT 10-35 GT, 7.5 mm diameter stator, Kinematicia, Bohemia, NY) Lt; / RTI &gt; and then homogenized twice more at 9500 rpm for 15 minutes each. During each of the four homogenization periods, the homogenizer was moved to another location in the paste vial. Using a doctor blade with a gate height of 0.25 mm, the paste was cast on an untreated aluminum foil and dried at 100 DEG C for 15 minutes in a vacuum oven. The resulting 50 mm wide cathode was placed on a 125 micron thick brass sheet and two 37 mm and 38 mm wide brim shim strips were placed on both sides of the cathode to define the gap thickness in the calender It helped me to adjust. The cathode and shims were covered with a second brass sheet of 125 μm thickness and the assembly was passed twice through the calender at a nip force of 5.49 and then 6.67 kN (560 and then 680 kg) using a 100 mm diameter steel roll at ambient temperature . The average cathode thickness was reduced from 67 μm to 45 μm before calendering. Additional cathodes were prepared in a similar manner, except that the gate height of the doctor blade was increased to 0.29 mm and the cathode was dried.

리튬 티타네이트 애노드의 제조Preparation of Lithium Titanate Anode

카본 블랙 (0.39 g, 아세틸렌 블랙, 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 덴카 코포레이션, 비압축), PVDF 용액 (3.00 g, NMP 중 13%, KFL #9130, 미국 뉴욕주 뉴욕 소재의 쿠레하 아메리카 코포레이션), 및 6.03 g의 NMP를 조합하고, 2000 rpm에서 각각 60초 동안 3회 원심 혼합하였다. Li4Ti5O12 분말 (3.12 g, 나노마이트(Nanomyte) BE-10, 미국 뉴저지주 서머셋 소재의 엔이아이 코포레이션(NEI Corporation)) 및 추가로 1.10 g의 NMP를 카본 블랙 및 PVDF 혼합물에 첨가하고, 생성된 페이스트를 2000 rpm에서 각각 60초 동안 3회 원심 혼합하였다. 바이알을 얼음조에 탑재하고 회전자-고정자를 사용하여 6500 rpm에서 각각 15분 동안 2회 균질화하고, 이어서, 9500 rpm에서 각각 15분 동안 2회 더 균질화하였다. 페이스트를 막자사발에 넣고, 막자를 사용하여 수동으로 잠시 분쇄하여 응집체를 추가로 제거하였다. 이어서, 게이트 높이가 0.29 mm인 닥터 블레이드를 사용하여, 미처리 25 μm 두께의 알루미늄 포일 상에 페이스트를 캐스팅하였다. 페이스트를 대류 오븐 (모델 FDL-115, 미국 뉴욕주 그레이트 리버 소재의 바인더 인크.(Binder Inc.))에서 15분 동안 100℃에서 건조하였다. 애노드의 두께는 71 μm였다. 생성된 50 mm 폭의 애노드를, 상기한 캐소드와 유사한 방식으로 캘린더링하였다. 평균 애노드 두께를 캘린더링 전 71 μm로부터 캘린더링 후 53 μm로 감소시켰다.PVDF solution (3.00 g, 13% in NMP, KFL # 9130, Kureha American Corporation, New York, New York, USA), and 6.03 (0.39 g acetylene black, Denka Corporation, New York, g of NMP were combined and centrifuged three times at 2000 rpm for 60 seconds each. Li 3 Ti 5 O 12 powder (3.12 g, Nanomyte BE-10, NEI Corporation, Somerset, NJ) and an additional 1.10 g NMP were added to the carbon black and PVDF mixture And the resulting paste was centrifuged three times at 2000 rpm for 60 seconds each. The vials were mounted in an ice bath and homogenized twice for 15 minutes each at 6500 rpm using a rotor-stator and then homogenized twice more at 9500 rpm for 15 minutes each. The paste was poured into a bowl and manually pulverized manually using a mortar to remove the aggregate. Then, using a doctor blade having a gate height of 0.29 mm, the paste was cast on an untreated aluminum foil having a thickness of 25 탆. The paste was dried at 100 占 폚 for 15 minutes in a convection oven (model FDL-115, Binder Inc., Great River, NY). The thickness of the anode was 71 μm. The resulting 50 mm wide anode was calendered in a manner similar to the cathode described above. The average anode thickness was reduced from 71 μm before calendering to 53 μm after calendering.

LiMnLiMn 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li/ Li 44 TiTi 55 OO 1212 온전지의 제작 Production of on-cell

전기화학적 평가를 위해 비수성 전해질 리튬-이온 CR2032 코인 전지를 제조하였다. 원형 애노드 및 캐소드를 펀칭해 내고, 글로브 박스의 전실(antechamber)의 가열기 내에 배치하고, 진공 하에 100℃에서 하룻밤 추가로 건조하고, 아르곤 글로브 박스 (미국 캘리포니아주 호손 소재의 배큠 애트모스피어스(Vacuum Atmospheres), HE-493 정화 장치를 구비함) 내로 넣어 두었다. 전극 직경은 16.0 mm 애노드와 함께 사용되는 14.1 mm 캐소드, 또는 12.3 mm 애노드와 함께 사용되는 10.1 mm 캐소드였다. Fe-LNMO 중량에 대한 리튬 티타네이트 중량의 비는 모든 전지에 대해 1.0 초과여서, 모든 전지는 캐소드 제한(cathode limited)되었다. 코인 전지 부품 (케이스, 분리막, 웨이브 스프링(wave spring), 개스킷, 및 뚜껑) 및 코인 전지 크림퍼(crimper)는 호센 코포레이션(Hohsen Corp; 일본 오사카 소재)로부터 입수하였다. 사용된 분리막은 25 μm 두께의 미세다공성 폴리올레핀 분리막 (CG2325, 미국 노스캐롤라이나주 샬롯 소재의 셀가드)였다. 각각의 실시예에서 사용된 전해질이 표 1에 주어져 있다.A non-aqueous electrolyte lithium-ion CR2032 coin cell was prepared for electrochemical evaluation. The circular anode and the cathode were punched out and placed in a heater of an antechamber of a glove box and further dried overnight at 100 ° C under vacuum and placed in an argon glove box (Vacuum Atmospheres, Hawthorn, CA, USA) ), Equipped with a HE-493 purifier). The electrode diameter was a 14.1 mm cathode used with a 16.0 mm anode, or a 10.1 mm cathode used with a 12.3 mm anode. The ratio of lithium titanate weight to Fe-LNMO weight was greater than 1.0 for all cells, so that all batteries were cathode limited. Coin battery parts (cases, separators, wave springs, gaskets, and lids) and coin battery crimpers were obtained from Hohsen Corp (Osaka, Japan). The separator used was a 25 micron thick microporous polyolefin separator (CG2325, Celgard, Charlotte, NC). The electrolytes used in each example are given in Table 1.

LiMnLiMn 1.51.5 NiNi 0.420.42 FeFe 0.080.08 OO 44 /Li/ Li 44 TiTi 55 OO 1212 온전지의 고온 사이클링 High-temperature cycling of on-cell

1.9 및 3.4 V의 전압 제한을 사용하여, 55℃에서 시판 배터리 시험기 (시리즈 4000, 미국 오클라호마주 툴사 소재의 마코르(Maccor))를 사용하여 LiMn1.5Ni0.42Fe0.08O4/Li4Ti5O12 온전지를 사이클링시켰다. 처음 29 사이클은 Fe-LNMO 그램당 60 mA의 비율에서 정전류 충전 및 방전을 사용하여 수행하였다. 30번째 사이클에서는, 비율을 24 mA/g로 감소시켰다. 이러한 세트의 30 사이클 (29+1)을 10회, 총 300 사이클 동안 반복하였다. 방전용량이 첫번째 사이클에서의 초기 방전용량의 80%로 감소되기 전의 사이클 횟수가 표 1에 나타나있다. 사이클 297 내지 사이클 299에 남아있는 비방전용량(specific discharge capacity)의 평균이 또한 표 2에 나타나있다.Using a commercial battery tester (Series 4000, Maccor, Tulsa, Okla.) At 55 ° C using a voltage limit of 1.9 and 3.4 V, LiMn 1.5 Ni 0.42 Fe 0.08 O 4 / Li 4 Ti 5 O 12 The whole battery was cycled. The first 29 cycles were performed using constant current charging and discharging at a rate of 60 mA per gram of Fe-LNMO. In the 30th cycle, the ratio was reduced to 24 mA / g. This set of 30 cycles (29 + 1) was repeated 10 times for a total of 300 cycles. Table 1 shows the number of cycles before the discharge capacity is reduced to 80% of the initial discharge capacity in the first cycle. The average of the specific discharge capacity remaining in Cycles 297 to 299 is also shown in Table 2.

Figure pct00002
Figure pct00002

본 발명의 리튬 이온 배터리의 다양한 실시 형태에서, 도펀트 금속과 플루오르화된 용매의 쌍은 (i) 본 명세서에 개시된 도펀트 금속 (Al, Cr, Fe, Ga, Zn, Co, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, V 및 Cu)의 전체 군의 모든 구성원 중 임의의 하나 이상 - 그러한 전체 군의 개별 구성원의 모든 다양한 상이한 조합으로, 도핑 금속의 전체 군으로부터 취해지는 임의의 크기의 임의의 하위 군(subgroup) 또는 단일 구성원으로서 상기한 바와 같이 선택됨 - 과 함께, (ii) 본 명세서에 개시된 화학식 IIA, 화학식 IIB 또는 화학식 III의 플루오르화된 용매의 전체 군의 모든 구성원 중 임의의 하나 이상 - 그러한 전체 군의 개별 구성원의 모든 다양한 상이한 조합으로, 그러한 플루오르화된 용매의 전체 군으로부터 취해지는 임의의 크기의 임의의 하위 군 또는 단일 구성원으로서 상기한 바와 같이 선택됨 - 으로부터 형성될 수 있다. 도펀트 금속 또는 플루오르화된 용매의 군의 구성원의 하위 군은 상기한 바와 같은 각각의 전체 군으로부터 임의의 하나 이상의 구성원을 제외함으로써 형성될 수 있다. 그 결과, 도펀트 금속 또는 플루오르화된 용매 (또는 이들의 쌍)는 상기 목록에 기술된 바와 같은 군의 개별 구성원의 모든 다양한 상이한 조합으로부터의 전체 군으로부터 형성될 수 있는 임의의 크기의 임의의 하위 군의 구성원일 수 있을 뿐만 아니라, 하위 군을 형성하기 위해 전체 군으로부터 제외된 구성원의 부재 하에 만들어질 수 있다. 더욱이, 상기 목록의 전체 군으로부터 다양한 구성원을 제외시켜 형성된 하위 군은 전체 군의 개별 구성원일 수 있어서, 도펀트 금속 또는 플루오르화된 용매 (또는 이들의 쌍)는 선택된 개별 구성원을 제외한 전체 군의 모든 다른 구성원의 부재 하에 선택될 수 있다.In various embodiments of the lithium ion battery of the present invention, the dopant metal and the fluorinated solvent pair are selected from the group consisting of (i) the dopant metal (Al, Cr, Fe, Ga, Zn, Co, Zr, Mg, V, and Cu) in any of a variety of different combinations of any of the individual members of such a whole group, any subgroup of any size taken from the entire group of doped metals (ii) any one or more of all members of the entire group of fluorinated solvents of formula (IIA), (IIB) or (III) disclosed herein, In any of a variety of different combinations of individual members of the fluorinated solvent, any subgroup of any size taken from the entire group of such fluorinated solvents, or as a single member, Taekdoem may be formed from a. Subgroups of members of the group of dopant metals or groups of fluorinated solvents may be formed by excluding any one or more members from each whole group as described above. As a result, the dopant metal or fluorinated solvent (or a pair thereof) can be any subgroup of any size that can be formed from the entire group from all the various different combinations of the individual members of the group as described in the list , But may also be made in the absence of members excluded from the total group to form a subgroup. Furthermore, the subgroups formed by excluding the various members from the entire group of the list can be individual members of the whole group, so that the dopant metal or fluorinated solvent (or a pair thereof) Can be selected in the absence of members.

본 명세서에 나타낸 화학식 IIA, 화학식 IIB 및 화학식 III은, (1) 변수 라디칼, 치환체 또는 수치 계수 중 하나에 대한 (나머지 모든 다른 변수 라디칼, 치환체 또는 수치 계수는 일정하게 유지하면서 행하는) 규정된 범위 내로부터의 선택, 및 (2) 각각의 나머지 변수 라디칼, 치환체 또는 수치 계수에 대한 (나머지 다른 것들은 일정하게 유지하면서 행하는) 규정된 범위 내로부터의 동일한 선택을 차례로 수행함으로써, 각각의 화학식에서 조합될 수 있는 별도의 개별적인 플루오르화된 화합물의 각각 및 전부를 기술한다. 범위로 기술된 군의 구성원 중 단 하나의 변수 라디칼, 치환체 또는 수치 계수 중 임의의 것에 대하여 규정된 범위 내에서 수행된 선택에 부가하여, 라디칼, 치환체 또는 수치 계수의 전체 군 중 하나를 초과하나 전부보다는 적은 구성원을 선택함으로써 복수의 화합물이 기술될 수 있다. 변수 라디칼, 치환체 또는 수치 계수 중 임의의 것에 대하여 규정된 범위 내에서 수행된 선택이 (i) 범위로 기술된 전체 군 중 단 하나의 구성원을 포함하거나, 또는 (ii) 전체 군 중 하나를 초과하나 전부보다는 적은 구성원을 포함하는 하위 군일 경우, 선택되는 구성원(들)은 하위 군을 형성하기 위해 선택되지 않은 전체 군 중의 구성원(들)을 제외함으로써 선택된다. 이러한 화합물 또는 복수의 화합물들은 상기의 경우에 하나 이상의 변수 라디칼, 치환체 또는 수치 계수의 정의에 의해 특성화될 수 있는데, 이러한 정의는 그 변수에 대하여 규정된 범위의 전체 군을 지칭하나 하위 군을 형성하기 위해 제외된 구성원(들)은 전체 군에 존재하지 않는다.The compounds of formula (IIA), (IIB) and (III) shown herein may be used in any of the following ways: (1) for one of the variable radicals, substituents or numerical coefficients , And (2) the same selection from within a defined range, in turn, for each remaining variable radical, substituent, or numerical coefficient (while the others remain constant) &Lt; / RTI &gt; each of the separate fluorinated compounds. In addition to the selection made within the range specified for any one of the variable radicals, substituents or numerical coefficients of the members of the family described in the scope, A plurality of compounds can be described by selecting fewer members than they are. (I) a single member of the entire group described in the scope, or (ii) a member selected from the group consisting of more than one of the entire group For a subgroup that includes fewer than all members, the member (s) selected is selected by excluding member (s) in the entire group that are not selected to form the subgroup. Such compounds or compounds may be characterized by the definition of one or more variable radicals, substituents or numerical coefficients in the above case, which refers to the entire group in the range specified for that variable, The excluded member (s) are not present in the whole group.

본 명세서에서, 명백하게 달리 기술되거나 용법 관계에 의해 반대로 표시되지 않으면, 본 발명의 주제의 실시 형태가 소정의 특징부 또는 요소를 포함하거나, 함유하거나, 갖거나, 이로 이루어지거나 이에 의해 또는 이로 구성되는 것으로서 기술되거나 설명된 경우에, 명백하게 기술되거나 설명된 것들에 더하여 하나 이상의 특징부 또는 요소가 실시 형태에 존재할 수 있다. 그러나, 본 발명의 주제의 대안적 실시 형태는 소정의 특징부 또는 요소로 본질적으로 이루어지는 것으로서 기술되거나 설명될 수 있는데, 이 실시 형태에서는 실시 형태의 작동 원리 또는 구별되는 특징을 현저히 변화시키는 특징부 또는 요소가 실시 형태 내에 존재하지 않는다. 본 발명의 주제의 추가의 대안적 실시 형태는 소정의 특징부 또는 요소로 이루어지는 것으로서 기술되거나 설명될 수 있는데, 이 실시 형태에서 또는 그의 가상의 변형에서는 구체적으로 기술되거나 설명된 특징부 또는 요소만이 존재한다.As used herein, unless expressly stated otherwise or indicated to the contrary by the context of the present application, any embodiment of the subject matter of the present invention may be embodied in, consisting of, containing, having, consisting of, One or more features or elements in addition to those explicitly described or described may be present in the embodiments. However, alternative embodiments of the subject matter of the present invention may be described or illustrated as consisting essentially of certain features or elements, in which the features or features that significantly change the operating principle or distinctive features of the embodiment Element does not exist in the embodiment. Additional alternative embodiments of the subject matter of the present invention may be described or illustrated as consisting of certain features or elements, but in this embodiment or in its fictitious variations only features or elements specifically described or described exist.

본 명세서에서 수치 값의 범위가 언급되거나 확립되는 경우, 그 범위는 그 종점 및 그 범위 내의 모든 개별 정수 및 분수를 포함하며, 또한 기술된 범위 내의 값의 더 큰 군의 하위 군을 형성하기 위하여 이들 종점과 내부의 정수 및 분수의 모든 가능한 다양한 조합에 의해 형성된 그 안의 더 좁은 범위의 각각을 마치 이들 더 좁은 범위 각각이 명백하게 언급된 것처럼 동일한 정도로 포함한다. 수치 값의 범위가 언급된 값보다 큰 것으로 본 명세서에서 언급될 경우, 그럼에도 불구하고 그 범위는 유한하며, 그 범위는 본 명세서에 기술된 본 발명의 내용 내에서 작동가능한 값에 의해 그의 상한에서의 경계가 이루어진다. 수치 값의 범위가 언급된 값 미만인 것으로 본 명세서에서 언급될 경우, 그럼에도 불구하고 그 범위는 0이 아닌 값에 의해 그의 하한에서의 경계가 이루어진다.Where a range of numerical values is referred to or established herein, the range includes all the individual integers and fractions within its endpoints and ranges thereof, and also includes numerals, Each of the narrower ranges therein formed by all possible various combinations of endpoints and integers and fractions therein as if each of these narrower ranges were explicitly mentioned. Where a range of numerical values is referred to herein as being larger than a stated value, the range is nonetheless non-limiting, and the range is not limited by the value operable within the context of the present invention described herein The boundary is formed. When a range of numerical values is referred to herein as being below a stated value, the range is nonetheless bounded at its lower limit by a non-zero value.

본 명세서에서, 달리 명백하게 언급되거나 용법의 맥락에서 반대로 표시되지 않는 한,In this specification, unless expressly stated otherwise or indicated to the contrary in the context of use,

(a) 화합물, 단량체, 올리고머, 중합체 및/또는 기타 화학 물질의 목록은 그 목록의 구성원의 유도체를 포함하며, 또한 임의의 구성원 및/또는 임의의 그의 각각의 유도체의 둘 이상의 혼합물을 포함하며;(a) the list of compounds, monomers, oligomers, polymers and / or other chemicals includes derivatives of members of the list, and also includes any combination of two or more of each member and / or any of its respective derivatives;

(b) 본 명세서에서 언급된 양, 크기, 범위, 제형, 파라미터 및 다른 양과 특징은, 특히 용어 "약"에 의해 수식될 때, 정확할 필요는 없으며, 또한 허용오차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차(measurement error) 등, 및 본 발명의 내용 내에서 기술된 값과 기능적 등가성 및/또는 작동가능한 등가성을 갖는 그 바깥의 값들을 기술된 값 내에 포함시킨 것을 반영하여 근사값이고/이거나 기술된 것보다 (원하는 바대로) 더 크거나 작을 수 있다.(b) the amounts, sizes, ranges, formulations, parameters and other quantities and characteristics mentioned herein are not necessarily to be precise when specifically modified by the term " about ", and also include tolerances, conversion factors, rounding, a measurement error, etc., and the inclusion of values outside thereof having functional equivalents and / or operability equivalents with those described in the context of the present invention, are approximated and / May be larger or smaller).

Claims (21)

(a) 하우징과;
(b) 하우징 내에 배치되며 서로 전도성 접촉하는 애노드 및 캐소드 - 여기서, 상기 캐소드는 스피넬(spinel) 구조를 갖는 리튬-함유 망간 복합 산화물을 활물질로서 포함하는 망간 캐소드이고, 상기 리튬-함유 망간 복합 산화물은 하기 화학식:
LizMn1.5NixMyO4-d
(여기서, M은 Al, Cr, Fe, Ga, Zn, Co, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, V 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속이고,
0.38 ≤ x < 0.5이고,
0 < y ≤ 0.12이고,
0 ≤ d ≤ 0.3이고,
0.00 < z ≤ 1.1이며, z는 충전 및 방전 동안 리튬 이온 및 전자의 방출 및 흡수에 따라 변화함)에 의해 나타내어짐 - 와;
(c) 하우징 내에 배치되며 애노드와 캐소드 사이의 이온 전도 경로를 제공하는 비수성 전해질 조성물 - 여기서, 상기 비수성 전해질 조성물은 적어도 하나의 전해질 염 및 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 적어도 하나의 플루오르화된 비환형 카르보네이트를 포함함 - 과;
(d) 애노드와 캐소드 사이의 다공성 분리막(separator)을 포함하는 리튬 이온 배터리.
(a) a housing;
(b) an anode and a cathode disposed in the housing and in conductive contact with each other, wherein the cathode is a manganese cathode comprising a lithium-containing manganese composite oxide having a spinel structure as an active material, and the lithium- The following formula:
Li z Mn 1.5 Ni x M y O 4-d
Wherein M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Ga, Zn, Co, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg,
0.38 < x < 0.5,
0 < y &lt; 0.12,
0? D? 0.3,
0.00 &lt; z &lt; = 1.1 and z varies with the release and absorption of lithium ions and electrons during charging and discharging);
(c) a non-aqueous electrolyte composition disposed within the housing and providing an ionic conduction path between the anode and the cathode, wherein the non-aqueous electrolyte composition comprises at least one electrolyte salt and at least one fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and And / or at least one fluorinated acyclic carbonate;
(d) a lithium ion battery comprising a porous separator between the anode and the cathode.
제1항에 있어서,
M은 Al, Cr, Fe, Ga 및 Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속이고,
0.4 ≤ x <0.5이고,
0 < y ≤ 0.1이고,
z = 1이고,
d = 0인 리튬 이온 배터리.
The method according to claim 1,
M is at least one metal selected from the group consisting of Al, Cr, Fe, Ga and Zn,
0.4 < x < 0.5,
0 &lt; y &lt; 0.1,
z = 1,
Lithium-ion battery with d = 0.
제1항에 있어서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르는 CH3C(O)OCH2CF2H, CH3C(O)OCH2CF3, 및 CH3C(O)OCH2CF2CF2H로 이루어진 군의 하나 이상의 구성원으로부터 선택되는 리튬 이온 배터리.The method of claim 1 wherein the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester is CH 3 C (O) OCH 2 CF 2 H, CH 3 C (O) OCH 2 CF 3, and CH 3 C (O) OCH 2 CF 2 &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; CF2H. &Lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서, 플루오르화된 비환형 카르보네이트는 CH3OC(O)OCH2CF2H, CH3OC(O)OCH2CF3, 및 CH3OC(O)OCH2CF2CF2H로 이루어진 군의 하나 이상의 구성원으로부터 선택되는 리튬 이온 배터리.The method of claim 1 wherein the fluorinated non-cyclic carbonate is CH 3 OC (O) OCH 2 CF 2 H, CH 3 OC (O) OCH 2 CF 3, and CH 3 OC (O) OCH 2 CF 2 CF Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 2 &lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서, (b)의 화학식에서의 M은 Fe를 포함하는 리튬 이온 배터리.The lithium ion battery according to claim 1, wherein M in the formula (b) includes Fe. 제3항에 있어서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르는 CH3CO2CH2CF2H를 포함하는 리튬 이온 배터리.The method of claim 3 wherein the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester is a lithium ion battery comprising a CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H. 제1항에 있어서, 비수성 전해질 조성물 (c)는 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트 및 적어도 하나의 공용매(co-solvent)를 포함하는 용매 혼합물을 포함하는 리튬 이온 배터리.The nonaqueous electrolyte composition according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte composition (c) is a solvent mixture comprising a fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or a fluorinated non-cyclic carbonate and at least one co- A lithium-ion battery that includes: 제7항에 있어서, 용매 혼합물은 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트를 용매 혼합물의 약 50 중량% 내지 약 80 중량%로 포함하는 리튬 이온 배터리.8. The lithium ion battery of claim 7, wherein the solvent mixture comprises from about 50% to about 80% by weight of the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or the fluorinated non-cyclic carbonate to the solvent mixture. 제7항에 있어서, 용매 혼합물은 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르 및/또는 플루오르화된 비환형 카르보네이트를 용매 혼합물의 약 65 중량% 내지 약 75 중량%로 포함하는 리튬 이온 배터리.The lithium ion battery of claim 7, wherein the solvent mixture comprises from about 65% to about 75% by weight of the fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester and / or the fluorinated non-cyclic carbonate to the solvent mixture. 제7항에 있어서, 공용매는 에틸렌 카르보네이트를 포함하는 리튬 이온 배터리.8. The lithium ion battery of claim 7, wherein the co-solvent comprises ethylene carbonate. 제7항에 있어서, 용매 혼합물은 CH3CO2CH2CF2H 및 에틸렌 카르보네이트를 포함하는 리튬 이온 배터리.The method of claim 7, wherein the solvent mixture CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H , and a lithium-ion battery that includes ethylene carbonate. 제11항에 있어서, CH3CO2CH2CF2H는 용매 혼합물의 약 50 중량% 내지 약 80 중량%를 구성하는 리튬 이온 배터리.12. The method of claim 11, CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H is a lithium ion battery which comprises from about 50% to about 80% by weight of the solvent mixture. 제11항에 있어서, CH3CO2CH2CF2H는 용매 혼합물의 약 65 중량% 내지 약 75 중량%를 구성하는 리튬 이온 배터리.12. The method of claim 11, CH 3 CO 2 CH 2 CF 2 H is a lithium ion battery which comprises from about 65% to about 75% by weight of the solvent mixture. 제1항에 있어서, 비수성 전해질 조성물 (c)는 플루오로에틸렌 카르보네이트 및 그의 유도체, 에틸렌 설페이트 및 그의 유도체, 비닐 에틸렌 카르보네이트 및 그의 유도체, 비닐렌 카르보네이트 및 그의 유도체, 말레산 무수물 및 그의 유도체, 및 비닐 아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 리튬 이온 배터리.The nonaqueous electrolyte composition according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte composition (c) is at least one selected from the group consisting of fluoroethylene carbonate and derivatives thereof, ethylene sulfate and derivatives thereof, vinylethylene carbonate and derivatives thereof, vinylene carbonate and derivatives thereof, An anhydride and a derivative thereof, and an additive selected from the group consisting of vinyl acetate. 제1항에 있어서, 비수성 전해질 조성물 (c)는 플루오로에틸렌 카르보네이트를 추가로 포함하는 리튬 이온 배터리.The lithium ion battery of claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte composition (c) further comprises fluoroethylene carbonate. 제1항에 있어서, 플루오르화된 비환형 카르복실산 에스테르는 하기 구조식:
R1---C(O)O---R2
(여기서, R1은 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, CF3, CF2H, CFH2, CF2R3, CFHR3, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고; R2는 독립적으로 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고; R3은 선택적으로 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고; Rf는 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고; R1 또는 R2 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불소를 함유하며; R1이 CF2H인 경우에, R2는 CH3이 아님)에 의해 나타내어지고,
플루오르화된 비환형 카르보네이트는 하기 구조식:
R4---O-C(O)O---R5
(여기서, R4 및 R5는 독립적으로 CH3, CH2CH3, CH2CH2CH3, CH(CH3)2, 및 CH2Rf로 이루어진 군으로부터 선택되고; Rf는 적어도 하나의 불소로 치환된 C1 내지 C3 알킬 기이고; R4 또는 R5 중 적어도 하나는 적어도 하나의 불소를 함유함)에 의해 나타내어지는 리튬 이온 배터리.
The fluorinated non-cyclic carboxylic acid ester according to claim 1,
R 1 - C (O) O - R 2
(Wherein, R 1 is CH 3, CH 2 CH 3, CH 2 CH 2 CH 3, CH (CH 3) 2, CF 3, CF 2 H, CFH 2, CF 2 R 3, CFHR 3, and CH 2 R f , R 2 is independently selected from the group consisting of CH 3 , CH 2 CH 3 , CH 2 CH 2 CH 3 , CH (CH 3 ) 2 , and CH 2 R f ; R 3 is selected from the group consisting of C 1 -C 3 alkyl group optionally substituted with at least one fluorine, R f is a C 1 -C 3 alkyl group substituted with at least one fluorine, at least one of R 1 or R 2 is at least one fluorine and containing; in the case where R 1 is CF 2 H, R 2 is represented by not a CH 3),
The fluorinated acyclic carbonates have the following structural formula:
R 4 - OC (O) O - R 5
(Wherein, R 4 and R 5 are independently CH 3, CH 2 CH 3, CH 2 CH 2 CH 3, CH (CH 3) is selected from the group consisting of 2, and CH 2 R f; R f is at least one of the fluorine-substituted with C 1 to C 3 alkyl group and; R 4 or R 5 at least one of a lithium ion battery represented by the box containing at least one fluorine).
제1항에 있어서, 비수성 전해질 조성물 (c) 내의 전해질 염은
리튬 헥사플루오로포스페이트,
Li PF3(CF2CF3)3,
리튬 비스(트라이플루오로메탄설포닐)이미드,
리튬 비스 (퍼플루오로에탄설포닐)이미드,
리튬 (플루오로설포닐)(노나플루오로부탄설포닐)이미드,
리튬 비스(플루오로설포닐)이미드,
리튬 테트라플루오로보레이트,
리튬 퍼클로레이트,
리튬 헥사플루오로아르세네이트,
리튬 트라이플루오로메탄설포네이트,
리튬 트리스 (트라이플루오로메탄설포닐)메타이드,
리튬 비스(옥살라토)보레이트,
리튬 다이플루오로(옥살라토)보레이트,
Li2B12F12-xHx (여기서, x는 0 내지 8임), 및
리튬 플루오라이드와 음이온 수용체의 혼합물로 이루어진 군의 하나 이상의 구성원으로부터 선택되는 리튬 이온 배터리.
The electrolyte salt according to claim 1, wherein the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte composition (c)
Lithium hexafluorophosphate,
Li PF 3 (CF 2 CF 3 ) 3 ,
Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide,
Lithium bis (perfluoroethanesulfonyl) imide,
Lithium (fluorosulfonyl) (nonafluorobutanesulfonyl) imide,
Lithium bis (fluorosulfonyl) imide,
Lithium tetrafluoroborate,
Lithium perchlorate,
Lithium hexafluoroarsenate, lithium hexafluoroarsenate,
Lithium trifluoromethane sulfonate,
Lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide,
Lithium bis (oxalato) borate,
Lithium difluoro (oxalato) borate,
Li 2 B 12 F 12-x H x where x is 0 to 8, and
A lithium ion battery selected from one or more members of the group consisting of a mixture of lithium fluoride and anion acceptor.
제17항에 있어서, 전해질 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트를 포함하는 리튬 이온 배터리.18. The lithium ion battery of claim 17, wherein the electrolyte salt comprises lithium hexafluorophosphate. 제1항에 있어서, 애노드는 리튬 티타네이트 또는 흑연을 활물질로서 포함하는 리튬 이온 배터리.The lithium ion battery according to claim 1, wherein the anode comprises lithium titanate or graphite as an active material. 제1항에 따른 리튬 이온 배터리를 포함하는 전자 급전 또는 보조 장치(electronically powered or assisted device).An electronically powered or assisted device comprising a lithium ion battery according to claim 1. 제20항에 있어서, 수송 장치, 컴퓨터, 통신 장치, 카메라, 라디오, 또는 전동 공구로서 제작되는 전자 급전 또는 보조 장치. 21. An electronic feed or auxiliary device as claimed in claim 20, which is manufactured as a transport device, a computer, a communication device, a camera, a radio, or a power tool.
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